La conservació de l'energia és un dels principis més importants i universals a la física, aplicant-se a tots els sistemes i processos, ja siguin naturals o artificials. Aquest principi estableix que lenergia no es crea ni es destrueix, sinó que es transforma duna manera a una altra. La quantitat total denergia en un sistema tancat roman constant.
A continuació, explorarem 11 exemples de la conservació de l'energia en diferents contextos, il·lustrant com s'aplica aquest principi a la vida diària ia la natura.
1. La conversió d'energia a una muntanya russa
Les muntanyes russes són un exemple excel·lent de la conservació de l'energia. Al començament del recorregut, el cotxe de la muntanya russa és arrossegat fins al cim del primer turó, acumulant energia potencial gravitatòria a causa de la seva alçada. A mesura que el cotxe baixa, aquesta energia potencial es converteix en energia cinètica, cosa que augmenta la velocitat del cotxe.
A la part inferior del turó, gairebé tota l'energia potencial ha esdevingut energia cinètica. A mesura que el cotxe puja el turó següent, l'energia cinètica torna a convertir-se en energia potencial. En un sistema ideal sense fricció, la suma de lenergia potencial i lenergia cinètica es mantindria constant al llarg de tot el recorregut.
A la realitat, part de l'energia es dissipa com a calor i so a causa de la fricció, però el principi de conservació de l'energia continua sent vàlid: l'energia total inicial (potencial) es transforma, però no es perd.
2. Conservació de lenergia en una central nuclear
En una central nuclear, el principi de conservació de lenergia sobserva de manera clara. El procés comença amb la fissió nuclear, en què els nuclis d'àtoms pesants com l'urani o el plutoni es divideixen en nuclis més lleugers, alliberant una gran quantitat d'energia. Aquesta energia alliberada durant la fissió es manifesta principalment en forma de calor. La calor generada s'utilitza per convertir aigua en vapor, que després impulsa turbines connectades a generadors elèctrics.
L'energia nuclear inicial continguda en el combustible nuclear es transforma així en energia tèrmica i, finalment, en energia elèctrica que pot ser utilitzada per a diverses finalitats. Tot i que es produeixen deixalles radioactives, la quantitat total d'energia es conserva durant tot el procés de transformació.
3. Transformació denergia en una central hidroelèctrica
Les centrals hidroelèctriques aprofiten l'energia potencial de l'aigua emmagatzemada a una presa. Quan s'allibera aigua, flueix a través de turbines, convertint l'energia potencial gravitatòria en energia cinètica a mesura que cau. Les turbines giren i aquesta energia cinètica es transforma en energia mecànica. Per tant, aquesta energia mecànica es converteix en energia elèctrica mitjançant generadors.
Tot i que l'energia es transforma diverses vegades, des de l'energia potencial de l'aigua fins a l'energia elèctrica, la quantitat total d'energia es manté constant i demostra la conservació de l'energia.
4. L'energia en un automòbil en moviment
Un automòbil que es mou a velocitat constant també exemplifica la conservació de lenergia. El motor de l'automòbil converteix l'energia química del combustible en energia mecànica, que es fa servir per moure l'automòbil. A mesura que l‟automòbil es mou, l‟energia cinètica del vehicle és el resultat d‟aquesta conversió. A més, part de l'energia química es dissipa com a calor al motor i als frens, i una altra part es converteix en energia sonora.
Tot i aquestes transformacions, l'energia total es conserva: l'energia química del combustible s'ha transformat en altres formes d'energia, però no s'ha creat ni destruït.
5. Energia en una reacció química
A les reaccions químiques, com la combustió de la fusta, la conservació de l'energia és un principi clau. Quan la fusta crema, l'energia química emmagatzemada als enllaços moleculars s'allibera en forma de calor i llum. Aquesta energia tèrmica es pot utilitzar per escalfar un espai o cuinar aliments.
Durant la reacció, els àtoms es reorganitzen per formar nous productes (com diòxid de carboni i aigua), però la quantitat total d'energia abans i després de la reacció continua sent la mateixa. L'energia química s'ha transformat però no s'ha perdut ni creat.
6. Conversió d'energia en una bombeta
Quan encenem una bombeta, es produeixen una sèrie de transformacions d'energia que il·lustren el principi de conservació de l'energia. L'energia elèctrica que alimenta la bombeta es converteix en energia tèrmica i lumínica. En una bombeta incandescent, una gran part de lenergia elèctrica es converteix en calor a causa de la resistència del filament, i la resta es converteix en llum visible.
A les bombetes LED, la conversió és més eficient, amb menys energia transformada en calor i més en llum.
En tots dos casos, l'energia total subministrada es conserva i es transforma en altres formes d'energia.
7. Energia a la fotosíntesi
La fotosíntesi és un procés fonamental a la natura que demostra la conservació de l'energia. Les plantes capturen l'energia lluminosa del sol i la converteixen en energia química en forma de glucosa, que emmagatzemen als teixits. Aquesta energia química es fa servir per alimentar el creixement i la reproducció de les plantes.
L'energia solar, per tant, no es destrueix, sinó que es transforma en energia química, que després pot ser consumida per altres organismes a la cadena alimentària. Durant la fotosíntesi, l'energia de la llum es conserva en esdevenir una forma utilitzable per a les plantes.
8. El principi de conservació a l'energia eòlica
En un parc eòlic, el vent mou les pales dels aerogeneradors i converteix l'energia cinètica del vent en energia mecànica. Aquesta energia mecànica es transforma després en energia elèctrica mitjançant un generador. Tot i que part de l'energia es perd com a calor a causa de la fricció, el total d'energia es conserva. L'energia cinètica inicial del vent s'ha transformat en energia elèctrica, que es pot utilitzar per alimentar llars, indústries i altres dispositius.
Aquest procés mostra com lenergia cinètica del vent es converteix en formes útils denergia sense que es perdi en el procés total.
9. Conversió d'energia en una cèl·lula solar
Les cèl·lules solars converteixen lenergia lluminosa del sol en energia elèctrica. Quan la llum solar incideix sobre una cèl·lula solar, els fotons (partícules de llum) transfereixen la seva energia als electrons al material semiconductor de la cèl·lula, generant un flux de corrent elèctric. Aquest procés, conegut com lefecte fotovoltaic, és un exemple clar de la conservació de lenergia, on lenergia lluminosa es transforma directament en energia elèctrica.
L'energia total es conserva, simplement es canvia de manera perquè pugui ser utilitzada per alimentar dispositius elèctrics.
10. Energia tèrmica en un motor de combustió interna
En un motor de combustió interna, com el d'un automòbil, l'energia química del combustible (com la benzina o el dièsel) es converteix en energia tèrmica durant la combustió. Aquesta energia tèrmica augmenta la pressió als cilindres del motor, impulsant els pistons i convertint l'energia tèrmica en energia mecànica que mou l'automòbil.
En aquest procés, una part de lenergia química del combustible es converteix en calor i una altra part en energia mecànica que sutilitza per al moviment del vehicle. Tot i que no tota l'energia es converteix en treball útil (a causa de les pèrdues per fricció, calor i altres formes de dissipació d'energia), l'energia total del sistema es conserva.
L'energia química original simplement s'ha transformat en diferents formes, il·lustrant novament el principi de conservació de l'energia.
11. Energia en un pèndol simple
Un pèndol simple, com el d'un antic rellotge, també demostra la conservació de l'energia. Quan el pèndol es desplaça des de la posició d'equilibri fins a un punt alt, l'energia cinètica del pèndol disminueix, mentre que la seva energia potencial gravitatòria augmenta.
Al punt més alt de la seva oscil·lació, tota l'energia cinètica s'ha transformat en energia potencial. Quan el pèndol es torna a moure cap avall, l'energia potencial es torna a convertir en energia cinètica.
Aquest procés dintercanvi entre energia cinètica i potencial continua, amb lenergia total (suma de cinètica i potencial) romanent constant en absència de forces dissipatives com la fricció de laire.