Energian säilyminen
Eristetyn systeemin kokonaisenergia säilyy, vaikka energia siirtyy muotojen ja systeemin osien välillä. Mekaaninen energia voi muuttua sisäenergiaksi, lämpösiirroksi tai muuksi energiaksi. Oikea energiatase alkaa aina systeemirajan valinnasta.
Kineettinen energia
Liike-energia on K=½mv² ei-relativistiselle kappaleelle. Työ-energiaperiaate W_net=ΔK yhdistää voiman tekemän työn nopeuden muutokseen.
Potentiaalienergia
Lähellä Maan pintaa U_g=mgh on käyttökelpoinen ja ideaalijouselle U_s=½kx². Potentiaalienergia kuuluu vuorovaikutukseen ja sen nollataso voidaan valita sopivasti.
Konservatiiviset voimat
Jos vain konservatiiviset voimat tekevät työtä, K+U säilyy. Gravitaatio ja ideaalinen jousivoima ovat keskeisiä esimerkkejä.
Kitka ei tuhoa energiaa
Kitka vähentää usein kappaleen näkyvää mekaanista energiaa, mutta energia muuttuu aineen sisäenergiaksi, lämmöksi, muodonmuutokseksi ja ääneksi. Laajennetun systeemin kokonaisenergia säilyy.
Ensimmäinen pääsääntö
Termodynamiikassa yksi etumerkkisopimus on ΔU=Q−W, kun W on systeemin ympäristöön tekemä työ. Eri kirjoissa voi olla toinen sopimus, joten merkit pitää määritellä.
Teho
Teho P=dE/dt kertoo energiansiirron nopeuden. Kaksi moottoria voi tehdä saman työn, mutta suurempitehoinen tekee sen lyhyemmässä ajassa.
Systeemiraja
Putoavalle pallolle voidaan valita pallosysteemi, jolloin gravitaatio tekee ulkoista työtä, tai pallo+Maa, jolloin gravitaatiopotentiaali muuttuu sisäisesti kineettiseksi energiaksi. Molemmat ovat johdonmukaisia oikein kirjattuina.
Relativistinen laajennus
Klassinen mekaaninen energia ei ole koko tarina kaikissa tilanteissa. Relativistisessa fysiikassa lepoenergia mc² kuuluu kokonaisenergiaan ja hiukkasreaktioissa energia voi siirtyä lepomassan ja kineettisen energian välillä samalla kun kokonaisenergia säilyy.
Kemiallinen energia
Kemiallisessa reaktiossa “sidoksiin varastoitunut energia” on hyödyllinen ilmaus vain oikein käytettynä. Sidoksen katkaiseminen vaatii yleensä energiaa; nettovapautuminen syntyy, jos tuotteiden muodostuminen vapauttaa enemmän kuin lähtösidosten katkaisu vaatii.
Hyötysuhde
Laite ei voi muuttaa kaikkea syötettyä energiaa halutuksi työksi, vaikka energia säilyy. Osa päätyy usein sisäenergiaksi ympäristöön. Hyötysuhde kuvaa hyödyllisen energiasiirron osuutta, ei energian “säilymisprosenttia”.
Harjoitus
Palaako kitkassa “kadonnut” mekaaninen energia olemattomiin?
Ratkaisu
Ei. Se muuttuu pääasiassa sisäenergiaksi ja lämmöksi sekä joskus ääneksi ja muodonmuutokseksi.