La conservació de l'energia

Considerem una bombeta incandescent: només un 5% de l’energia que rep és utilitzada en la il·luminació (al cap i a la fi, un treball, doncs implica un moviment d’electrons dins del filament de la bombeta).

On va la resta de l’energia? No seria correcte dir que es perd, ja que l’energia no desapareix en cap moment. Només canvia de forma: en aquest cas, un 95% de l’energia elèctrica que rep la bombeta es transforma en energia calorífica.

Els científics expliquen fenomens com aquest amb dues lleis molt simples:

La primera llei —o Llei de conservació de l’energia—diu que l’energia no pot ser creada ni destruïda, però pot canviar de forma.

Hi ha diferents formes d’energia. Les cinc principals són: mecànica, calorífica, química, electromagnètica i nuclear. Gairebé totes les interaccions que podem observar consisteixen en transformacions entre aquests tipus d'energies.

L’energia electromagnética del Sol es converteix en energia química de  les molècules que formen els éssers vius. L’energia química que conté el petroli (procedent de l’activitat dels organismes que el van formar) es transforma en energia calorífica a dins d’una caldera (podríem aconseguir aquest mateix resultat a partir d’energia nuclear). El calor de la caldera fa bullir aigua, el vapor de la qual mourà una turbina. Així hem transformat energia calorífica en energia mecànica. El moviment de la turbina es transmet a un generador, que produeix energia electromagnètica un altre cop. Amb aquesta energia podem encendre una bombeta que, a més de donar llum, s’escalfa. Aquests no són res més que exemples de les moltes transformacions possibles, però el que cal retenir és que en cap moment s’ha creat cap tipus d’energia: només hi ha hagut un camí —del Sol a la bombeta— al llarg del qual hem acoblat diferents dispositius que realitzaven diferents treballs útils (augmentar la temperatura, moure la turbina, il·luminar una habitació)

La segona llei diu que sempre que una forma d’energia és converteix en una altra, encara que es conservi la quantitat total d’energia que hi ha al sistema, és perd capacitat per a realitzar un determinat treball útil. La conversió d’energia significa sempre una pèrdua en la qualitat de les prestacions que pot lliurar aquesta energia.

En l’exemple anterior utilitzàvem diferents enginys en la conversió d’unes formes d’energia en d’altres (calderes, turbines, generadors, bombetes, etc.). Sempre hi ha una fracció d’energia que es dissipa a l’ambient en forma de calor, de manera que no la podem tornar a utilitzar per a realitzar treball.

Com més conversions de formes d’energia realitzem menys rendiment obtindrem al final.

La millor manera d’aprofitar be l’energia és, a més d’utilitzar dispositius d’alta eficiència, és efectuar un mínim de transformacions. En l’exemple anterior, podríem haver encès la bombeta transformant, a través d’una placa fotovoltaica, convertint l’energia electromagnètica de la llum solar en electricitat.

Les coses, però, no són tan senzilles: les grans quantitats d’energia elèctrica que demanda la humanitat, malauradament, no poden ser obtingudes directament de la llum solar, a no ser que tinguem algun sistema d’acumulació d’aquesta energia (de fet, això són el petroli i el carbó: acumuladors).