حفظ الطاقة
الخلفية
يُعد حفظ الطاقة واحدا من أهم المفاهيم في علم الفيزياء. وهو ينص على أنه ضمن نظام ما، فإن المقدار الإجمالي من الطاقة يظل ثابتاً. ومن الممكن أن تتحول الطاقة من شكل إلى آخر، من كيميائية إلى حرارية مثلا، لكنها لا تفنى أو تستحدث من العدم. ويُملي هذا المبدأ معظم فهمنا للعالم من حولنا، كما يُشكِّل واحدا من القوانين الأربعة للديناميكا الحرارية، وهي دراسة الحرارة والطاقة.
باختصار
في الفيزياء، تصف الطاقةُ القدرةَ على أداء العمل. وهي تأتي في العديد من الأشكال المختلفة التي يمكن تقسيمها إلى مجموعتين: الحركية) (الحركة)، والكامنة) الوضع ). وكثيرا ما يستخدم مثال البندول لإثبات حفظ الطاقة عمليا. إذا رفعت كرة مربوطة بخيط، فستكتسب طاقة كامنة تجاذبية. إذا تركت الكرة وبدأت في التأرجح لأسفل، فستنخفض طاقتها الكامنة التجاذبية، وستزداد طاقتها الحركية. وعندما تمر بقاع قوسها وتبدأ في التأرجح صعودا، ستتباطأ سرعتها؛ ستنخفض طاقتها الحركية وتزداد طاقتها التجاذبية مرة أخرى. لا تفنى الطاقة، بل تتحول من نوع إلى آخر. ومع كل اهتزاز للبندول، تنتقل كمية صغيرة من الطاقة أيضا كحرارة إلى الهواء المحيط، ولهذا السبب تتباطأ الكرة تدريجيا.
ملخص
يظل المقدار الإجمالي من الطاقة ثابتاً ضمن نظام ما. ولذلك، فإن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم، ولكن يمكن تحويلها من شكل إلى آخر.
يوليوس ماير
وصف الطبيب الألماني يوليوس ماير Mayer قانون حفظ الطاقة لأول مرة في القرن التاسع عشر. وقد بدأ ماير تجاربه عندما كان طفلا، إذ أراد صنع جهاز يمكنه ضخ المياه حول ساقية Water wheel باستخدام الطاقة التي تولدها العجلة نفسها – جوهريا آلة تزوّد نفسها بالطاقة، والتي تولّد الطاقة من العدم. وعلى الرغم من جميع محاولاته، لم يتمكن من إيجاد حل. وعندما صار بالغا، حوّل اهتمامه إلى الطاقة التي ينتجها الجسم البشري. وقد استخدم ملاحظاته لتحديد العلاقة بين الطاقة الحرارية والطاقة الميكانيكية، فخلص إلى أن الكائنات الحية هي مجرد آلات، وأنها أيضا لا تستطيع توليد الطاقة من العدم.
