에너지보존법칙

에너지보존법칙은 닫힌 물리계에 작용하는 알짜힘이 0이면, 그 물리계의 총에너지는 시간에 따라 변하지 않고 일정하다는 법칙을 말한다. 이 법칙은 고립계의 총에너지는 시간에 따라 변하지 않고 일정하다고 표현되기도 한다.

그림 1. 에너지보존법칙 (출처:한국물리학회)

물리계의 총에너지는 빛에너지, 열에너지, 소리 에너지, 전기에너지, 화학에너지, 핵에너지, 중력에너지, 탄성에너지, 생물에너지 등 모든 형태의 에너지를 포함하는 것으로, 근본적으로는 퍼텐셜에너지(또는 위치에너지)와 운동에너지, 그리고 정지에너지(또는 질량에너지)로 나타낼 수 있다. 핵분열이나 핵융합으로 방출되는 에너지는 정지에너지가 운동에너지로 변환된 것일 뿐이다.

수평면에서 움직이는 자동차가 브레이크 작동으로 멈추는 경우, 자동차의 퍼텐셜에너지는 변함 없는데 운동에너지는 감소하였으므로 자동차와 수평면을 포함하는 지구로 이루어진 계의 역학적에너지는 감소한 셈이다. 하지만 마찰에 의한 열에너지 등 다른 형태의 에너지를 모두 고려하면 총에너지는 변하지 않는다.

에너지보존법칙은 아직까지 그에 위배되는 실험 결과는 없으며, 자연현상을 이해하는 데 아주 유용한 법칙 중 하나이다. 근본적으로는 '물리법칙은 시간에 따라 달라지지 않는다'는 시간의 균일성(homogeneity of time)과 연관이 있다.