## 에너지 보존 법칙이란?
물리학에서 가장 깨지지 않는 철칙을 하나 고르라면 단연 **에너지 보존 법칙(Law of Conservation of Energy)**일 것입니다. 열역학 제1법칙으로도 불리는 이 법칙의 핵심은 아주 명쾌합니다.
> "고립된 계(system) 내에서 에너지는 스스로 생성되거나 소멸하지 않으며, 오직 그 형태만 바뀔 뿐이다. 따라서 총량은 항상 일정하게 유지된다."
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즉, 우주 전체의 에너지 총량은 빅뱅 이후로 단 1줄(Joule)도 늘어나거나 줄어들지 않았으며, 지금 이 순간에도 끊임없이 옷만 갈아입고 있을 뿐입니다.
## 수식으로 보는 관계
가장 대표적인 예로 공기 저항이 없는 고립된 환경에서 운동 에너지(E_k)와 위치(퍼텐셜) 에너지(E_p)의 합인 **역학적 에너지**는 항상 일정합니다.
계에 변화가 일어날 때, 에너지의 변화량(\Delta E)으로 표현하면 다음과 같습니다.
## 일상 속의 대표적인 예시
* **롤러코스터**: 높은 곳에 정지해 있을 때는 **위치 에너지**가 최대입니다. 아래로 떨어지면서 위치 에너지는 줄어들지만, 그만큼 속도가 빨라지며 **운동 에너지**로 전환됩니다. 마찰을 무시한다면 어느 지점에서든 두 에너지의 합은 같습니다.
* **스마트폰 배터리**: 충전할 때 전기 에너지가 배터리 속 **화학 에너지**로 저장됩니다. 스마트폰을 사용할 때는 이 화학 에너지가 다시 화면의 **빛 에너지**, 스피커의 **소리 에너지**, 그리고 부품이 따뜻해지는 **열 에너지**로 전환됩니다. 배터리가 방전되었다는 것은 에너지가 사라진 게 아니라, 주변 공기 중의 열 등으로 흩어져 버려 다시 쓸 수 없는 상태가 되었음을 뜻합니다.
* **수력 발전소**: 높은 곳에 갇혀 있던 물의 **위치에너지**가 아래로 떨어지면서 **운동 에너지**로 바뀌고, 이 물이 터빈을 돌리면서 **회전 운동 에너지**가 된 후, 최종적으로 발전기를 통해 우리가 쓰는 **전기 에너지**로 변환됩니다.
에너지 보존 법칙은 영구기관(외부 공급 없이 스스로 영원히 일하는 기계)이 불가능하다는 것을 증명하는 강력한 근거이기도 합니다.