انرژی گم نمی‌شود
لامپی رشته‌ای را روشن کنید و بعد از چند دقیقه دستتان را نزدیکِ آن بگیرید. داغ است! ما لامپ را برای نور خریده‌ایم، نه برای گرما. پس این گرما از کجا آمده است؟ و آیا انرژیِ برق در لامپ تمام می‌شود؟
پیگیریِ انرژی
در یک فعالیتِ ساده هم چند تبدیلِ انرژی رخ می‌دهد. وقتی توپی را رو به بالا پرتاب می‌کنید، انرژیِ شیمیاییِ ذخیره‌شده در بدنتان، که از غذا آمده، به انرژیِ جنبشیِ توپ تبدیل می‌شود. توپ که بالا می‌رود، کُند می‌شود و انرژیِ جنبشی‌اش کم‌کم به انرژیِ پتانسیلِ گرانشی تبدیل می‌شود. در بالاترین نقطه یک لحظه می‌ایستد. بعد که پایین می‌آید، انرژیِ پتانسیل دوباره به انرژیِ جنبشی تبدیل می‌شود.
در یک چراغ‌قوه، باتری انرژیِ شیمیایی را به انرژیِ الکتریکی تبدیل می‌کند و لامپ آن را به نور و گرما. اگر در هر ثانیه ۱۰ ژول انرژیِ الکتریکی به لامپِ رشته‌ای برسد، در هر ثانیه درست ۱۰ ژول هم از آن بیرون می‌آید: حدودِ ۱ ژول نور و ۹ ژول گرما.
قانونِ پایستگیِ انرژی
دانشمندان انرژی را در هزاران آزمایش دنبال کرده‌اند و همیشه به یک نتیجه رسیده‌اند. این نتیجه یکی از مهم‌ترین قانون‌های علم است و تا امروز هیچ استثنایی برایش پیدا نشده است. نامش قانونِ پایستگیِ انرژی است:
انرژی هرگز از هیچ به وجود نمی‌آید و از بین نمی‌رود؛ فقط شکلش عوض می‌شود و مقدارِ کلِ آن ثابت می‌ماند.
پس وقتی می‌گوییم انرژی «هدر رفت»، منظورمان این نیست که نابود شد. منظور این است که به شکلی درآمد که به کارِ ما نمی‌آید، معمولاً گرما که در هوا پخش می‌شود.
یک حسابِ ساده
با سوختنِ هر گرم بنزین در موتورِ خودرو حدودِ ۴۵٬۰۰۰ ژول انرژی آزاد می‌شود. از این مقدار حدودِ ۱۵٬۰۰۰ ژول به انرژیِ جنبشیِ خودرو تبدیل می‌شود. بقیه کجا رفت؟ چون انرژی گم نمی‌شود، باید ۴۵٬۰۰۰ منهای ۱۵٬۰۰۰، یعنی ۳۰٬۰۰۰ ژول، به شکلِ گرما از موتور و اگزوز بیرون رفته باشد. برای همین موتورِ خودرو این‌قدر داغ می‌شود.
در خانه امتحان کنید
- یک توپ را از ارتفاعِ کمر رها کنید و ببینید تا کجا بالا می‌آید.
- آیا به همان ارتفاعِ اول برمی‌گردد؟ چند بار پشتِ سرِ هم بالا و پایین می‌رود تا بایستد؟
- با قانونِ پایستگیِ انرژی توضیح دهید که انرژیِ توپ کجا رفت. (راهنمایی: به صدای برخوردِ توپ و گرم شدنِ کمِ زمین و توپ فکر کنید.)
واژه‌های این درس
- تبدیلِ انرژی - درآمدنِ انرژی از یک شکل به شکلِ دیگر.
- قانونِ پایستگیِ انرژی - این قانون که مقدارِ کلِ انرژی هیچ‌وقت کم یا زیاد نمی‌شود.
- هدر رفتنِ انرژی - تبدیل شدنِ انرژی به شکلی که به کارِ ما نمی‌آید.
ایده‌ی اصلی
انرژی از هیچ به وجود نمی‌آید و نابود هم نمی‌شود؛ فقط از شکلی به شکلِ دیگر درمی‌آید. اگر حسابِ همه‌ی شکل‌ها را نگه داریم، مقدارِ کلِ انرژی همیشه ثابت است. انرژیِ «هدررفته» معمولاً گرمایی است که به کارِ ما نیامده است.