Αρχή διατήρησης της ενέργειας

Αρχή διατήρησης της ενέργειας είναι ότι το αλγεβρικό άθροισμα όλων των μορφών ενέργειας που εμφανίζονται σε ένα (απομονωμένο) σύστημα διατηρείται σταθερό με την πάροδο του χρόνου. Σε αυτό το άθροισμα μπορεί να ληφθεί υπόψιν η ενέργεια που οφείλεται σε τυχόν έλλειμμα μάζας. Η αρχή διατήρησης της ενέργειας συμπεριλαμβάνεται στη γενικότερη Αρχή διατήρησης της ενέργειας-μάζας.

Η αρχή διατήρησης της ενέργειας είναι μια από τις θεμελιώδεις αρχές της Φυσικής, της Χημείας και γενικά των θετικών και φυσικών επιστημών. Σε αυτήν την αρχή στηρίζεται η θεωρητική πρόβλεψη των νετρίνων.

Ειδικές περιπτώσεις της αρχής διατήρησης της ενέργειας

Αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας

Έστω ότι οι μόνες ενέργειες που μπορούν να μεταβληθούν είναι η δυναμική ενέργεια και η κινητική ενέργεια. Τότε η μηχανική ενέργεια ως το άθροισμα των δύο προηγουμένων, έπεται ότι θα διατηρείται σταθερή. Έτσι, για τις στιγμές 1 και 2 ισχύει:

${\displaystyle U_{1}+K_{1}=U_{2}+K_{2}}$

όπου ${\displaystyle U_{1}}$ η συνολική δυναμική ενέργεια όλων των σωμάτων τη στιγμή 1, ${\displaystyle U_{2}}$ η συνολική δυναμική ενέργεια όλων των σωμάτων τη στιγμή 2, ${\displaystyle K_{1}}$ η συνολική κινητική ενέργεια όλων των σωμάτων τη στιγμή 1 και ${\displaystyle K_{2}}$ η συνολική κινητική ενέργεια όλων των σωμάτων τη στιγμή 2 ${\displaystyle K_{1}}$

Στην περίπτωση των ελαστικών κρούσεων η συνολική κινητική ενέργεια δε μεταβάλλεται, οπότε η παραπάνω εξίσωση γίνεται:

${\displaystyle K_{1}=K_{2}}$

Αρχή διατήρησης της ενέργειας με θερμικές απώλειες

Αν στο σύστημα μεταβάλλονται μόνο η δυναμική ενέργεια, η μηχανική ενέργεια και υπάρχουν τριβές, ενώ οι υπόλοιπες μορφές ενέργειας παραμένουν σταθερές, τότε η εξίσωση γίνεται:

${\displaystyle U_{1}+K_{1}=U_{2}+K_{2}+Q}$

όπου Q η θερμική ενέργεια που οφείλεται στις τριβές.

Πρώτος θερμοδυναμικός νόμος

Ο πρώτος θερμοδυναμικός νόμος είναι υποπερίπτωση της αρχής διατήρησης της ενέργειας, αν όλες οι υπόλοιπες μορφές εκτός του έργου του αερίου, της εσωτερικής ενέργειας και της θερμικής ενέργειας, διατηρούνται σταθερές.

Αρχή διατήρησης της ενέργειας στις χημικές αντιδράσεις

Η ενέργεια γενικά του συστήματος ονομάζεται ενθαλπία. Κατά τις χημικές αντιδράσεις οι μεταφορά ενέργειας γίνεται από το σύστημα στο περιβάλλον ή αντίστροφα με τη μορφή θερμότητας, ενώ το τυχόν έργο του συστήματος συνυπολογίζεται στην ενθαλπία. Η εξίσωση είναι:

${\displaystyle H_{1}=Q+H_{2}}$

όπου με Η συμβολίζεται η ενθαλπία και Q η θερμότητα που αποβάλλεται στο περιβάλλον

Αρχή διατήρησης της ενέργειας σε πυρηνικές αντιδράσεις

Στις πυρηνικές αντιδράσεις σημαντική είναι η ακτινοβολία γ και το έλλειμμα μάζας. Από την ισοδυναμία μάζας-ενέργειας προκύπτει ότι

${\displaystyle E=\Delta mc^{2}}$

όπου Δm το έλλειμμα μάζας και E η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, που εκπέμπεται σε ακτινοβολία γ