قانون حفظ الطاقة ينص على أن الطاقة لا تُخلق ولا تُفنى، بل تتحول من شكل إلى آخر. بمعنى آخر، إجمالي كمية الطاقة في نظام معزول يبقى ثابتًا.

هناك عدة صيغ وتفسيرات لقانون حفظ الطاقة، حسب السياق، منها :

*

في الفيزياء الكلاسيكية:

يُعبّر عن قانون حفظ الطاقة رياضيًا بأنّ: dE/dt = 0، حيث E هي الطاقة الكلية للنظام و t هو الزمن. هذا يعني أنّ معدل تغير الطاقة الكلية للنظام يساوي الصفر.

*

في الفيزياء النسبية:

يُعدّ قانون حفظ الطاقة أكثر تعقيدًا، حيث يُرتبط بحفظ الطاقة والزخم معًا على شكل متجه رباعي. ويصبح حفظ "الطاقة-الزخم" هو المبدأ الأساسي.

*

في الميكانيكا:

يُعبّر عن قانون حفظ الطاقة بمجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة ثابتة في نظام معزول.

*

في الديناميكا الحرارية:

ينصّ على أنّ الطاقة الداخلية لنظام مغلق تتغير فقط بسبب تبادل الطاقة مع محيطه على شكل حرارة أو شغل.

أمثلة على تحول الطاقة:

*

المصباح الكهربائي:

يتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية وحرارة.
*

محرك السيارة:

يتحول الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حركية.
*

النباتات:

تحول الطاقة الضوئية (من الشمس) إلى طاقة كيميائية (في صورة جلوكوز).

من المهم ملاحظة أن قانون حفظ الطاقة لا يعني أنّه من الممكن الاستفادة من كل الطاقة المتاحة. في الواقع، توجد دائمًا خسائر في الطاقة على شكل حرارة أو أشكال أخرى غير قابلة للاستخدام، وفقًا لمبدأ زيادة الانتروبيا في الديناميكا الحرارية.

باختصار، قانون حفظ الطاقة هو مبدأ أساسي في الفيزياء، ويُستخدم لشرح وتفسير العديد من الظواهر الطبيعية.