انرژی چیست؟- تعریف و انواع انرژی
کارموند: انرژی در اطراف ما وجود دارد. این مسئول انجام همه چیز است، چه بخواهید از هر وسیله خانگی استفاده کنید، در پارک قدم بزنید، ماشین خود را در شهر برانید، یا هر کاری انجام دهید که شامل حرکت یا فعالیت باشد. اما انرژی چیست؟ اگرچه ما دائماً توسط آن احاطه شده‌ایم، ماهیت این نیروی گریزان و در عین حال همه‌جانبه اغلب به اشتباه درک می‌شود یا اصلاً درباره آن فکر نمی‌شود.
انرژی چیست؟
در فیزیک، انرژی ظرفیت انجام کار است. ممکن است در اشکال پتانسیل، جنبشی، حرارتی، الکتریکی، شیمیایی، هسته ای یا دیگر وجود داشته باشد.
دانشمندان انرژی را به عنوان توانایی انجام کار تعریف می کنند . تمدن مدرن امکان پذیر است زیرا مردم آموخته اند که چگونه انرژی را از شکلی به شکل دیگر تغییر دهند و سپس از آن برای انجام کار استفاده کنند.
مردم از انرژی برای پیاده روی و دوچرخه سواری، حرکت ماشین ها در جاده ها و قایق ها در آب، پختن غذا روی اجاق گاز، ساختن یخ در فریزر، روشنایی خانه ها و دفاتر ما، تولید محصولات و فرستادن فضانوردان به فضا استفاده می کنند.
انواع مختلفی از انرژی وجود دارد ، از جمله
- حرارت
- سبک
- حرکت – جنبش
- برقی
- شیمیایی
- گرانشی
این اشکال انرژی را می توان به دو نوع کلی انرژی برای انجام کار دسته بندی کرد:
- انرژی بالقوه یا ذخیره شده
- انرژی جنبشی یا کاری
انرژی را می توان از شکلی به شکل دیگر تبدیل کرد. به عنوان مثال، غذایی که فرد می خورد حاوی انرژی شیمیایی است و بدن فرد این انرژی را تا زمانی که در حین کار یا بازی از آن به عنوان انرژی جنبشی استفاده کند، ذخیره می کند. انرژی شیمیایی ذخیره شده در زغال سنگ یا گاز طبیعی و انرژی جنبشی آب جاری در رودخانه ها می تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود که به نوبه خود می تواند به نور و گرما تبدیل شود.
منابع انرژی را می توان به دو دسته تجدیدپذیر یا تجدیدناپذیر تقسیم کرد
منابع مختلف انرژی وجود دارد که می توان آنها را به دو دسته کلی تقسیم کرد:
- منابع انرژی تجدیدپذیر که به راحتی قابل تجدید هستند
- منابع انرژی تجدید ناپذیر که به راحتی قابل تجدید نیستند
منابع انرژی تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر را می توان به عنوان منابع اولیه انرژی برای تولید انرژی مفید مانند گرما و یا می توان برای تولید منابع انرژی ثانویه مانند برق و هیدروژن استفاده کرد.
فرمول انرژی :
| فرمول انرژی | انرژی = توان x زمان |
| فرمول انرژی جنبشی | KE = 1/2 mv 2 |
| فرمول انرژی بالقوه | U=mgh |
| فرمول انرژی پتانسیل گرانشی | ΔPEg = mgh |
| فرمول پایستگی انرژی | K 1 + U 1 = K 2 + U 2 |
| فرمول انرژی مکانیکی | (E m =K+U) انرژی مکانیکی = انرژی جنبشی + انرژی پتانسیل |
| فرمول انرژی پتانسیل الاستیک | انرژی پتانسیل الاستیک = نیرو × جابجایی. |
| فرمول انرژی داخلی | ΔU = Q + W |
| فرمول انرژی پتانسیل بهار | انرژی پتانسیل رشته = نیرو × فاصله جابجایی. |
| فرمول انرژی پتانسیل الکتریکی | U E = k (q 1 q 2 /r) |
انرژی برای همه حیات و همه فرآیندهایی که در سراسر جهان رخ می دهد ضروری است. بر روی زمین، خورشید منبع نهایی تمام انرژی است که توسط انسان ها، حیوانات، گیاهان و میکروارگانیسم ها در دسترس و استفاده می شود. این انرژی ممکن است به طور مستقیم، مانند فتوسنتز، یا غیرمستقیم، مانند سوخت های فسیلی ، که مدت ها پیش انرژی خورشید را که هنگام سوختن آزاد می شود، به دام انداخته باشد.
چرا انرژی در زندگی ما بسیار مهم است؟
انرژی در زندگی روزمره ما بسیار مهم است زیرا یک نیاز اساسی انسان است. ما از انرژی نه تنها برای گرم کردن سازه های ساخته شده توسط انسان استفاده می کنیم، بلکه از آن برای خنک کردن آنها نیز استفاده می کنیم. انرژی برای بلند شدن از رختخواب، راه رفتن در خیابان یا حتی بلند کردن انگشت ضروری است. همچنین برای فراوانی انواع وسایل مدرن، از لامپ گرفته تا لوازم خانگی و وسایل نقلیه، ضروری است.
چرا به انرژی نیاز داریم؟
ما به دلایل بی شماری به انرژی نیاز داریم. اول و مهمتر از همه، برای زنده ماندن به سادگی لازم است. انرژی در هر چیزی است که می خوریم، مصرف می کنیم یا استفاده می کنیم.
انرژی باعث سوخت و تنظیم عملکردهای داخلی طبیعی بدن می شود. سلول ها را ترمیم می کند و بافت بدن برای ساخت عضله استفاده می شود و برای حفظ هموستاز ضروری است و هر چه محیط سخت تر باشد، انرژی بیشتری برای حفظ آن مورد نیاز است.
کمی عمیق‌تر به بدن انسان، انرژی برای تولید آنزیم‌ها، انقباض و حرکت ماهیچه‌ها و حمل تکانه‌های الکتریکی بین سلول‌ها مورد نیاز است. در جامعه، انرژی برای همه چیز از رانندگی گرفته تا تماشای تلویزیون و روشن نگه داشتن خانه ها و مشاغل با نور مصنوعی مورد نیاز است.
انرژی تقریباً برای هر چیزی و هر چیزی در زندگی مورد نیاز است. حتی زمانی که ما به آن توجه نمی کنیم، انرژی وجود دارد، عملکردهای بدن را در حالت استراحت تنظیم می کند یا لوازم خانگی شما را حتی در صورت خاموش بودن تغذیه می کند.
انرژی ما از کجا می آید؟
انرژی در اطراف ما وجود دارد. در نهایت، تقریباً تمام انرژی از خورشید می‌آید، جایی که واکنش‌های همجوشی هسته‌ای مقادیر عظیمی انرژی ایجاد می‌کنند، زیرا اتم‌ها در هسته ذوب می‌شوند و به سمت زمین آزاد می‌شوند. اما انرژی که در زندگی روزمره استفاده می کنیم از منابع مختلفی می آید که این انرژی اولیه را جذب و ذخیره کرده اند.
انرژی را از کجا می توان یافت؟
ما می توانیم انرژی در دسترس را در سراسر جهان پیدا کنیم. زمانی که ما غذا می خوریم، نوعی انرژی شیمیایی ذخیره شده را مصرف می کنیم. اگر ما از گیاهان می خوریم، منبع اولیه انرژی را مصرف می کنیم، زیرا این موجودات از فتوسنتز برای جذب انرژی خورشید استفاده می کنند که سپس در سلول های آنها ذخیره می شود. اگر گوشت می خوریم، منابع ثانویه انرژی را مصرف می کنیم، معمولاً از حیواناتی که تولیدکنندگان اولیه را خورده اند.
برای مصارف اجتماعی و صنعتی، انرژی می‌تواند در سوخت‌های فسیلی، در پیوندهای اتمی ذرات هسته‌ای ذخیره شده یا توسط فرآیندهای زمین مانند نیروی باد، نیروگاه آبی یا انرژی زمین گرمایی ذخیره شود. اینها نیز منابع اولیه انرژی محسوب می شوند زیرا ما مستقیماً از آنها انرژی استخراج می کنیم.
بیشتر انرژی الکتریکی ما از کجا می آید؟
وقتی صحبت از تامین انرژی ما برای زندگی روزمره می شود، اکثریت عمدتا از سوخت های فسیلی ، انرژی هسته ای و منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید و زیست توده تامین می شود. الکتریسیته یا انرژی الکتریکی با استفاده از این اشکال، بیشتر در تولید شبکه در مقیاس بزرگ و همچنین در تولید در مقیاس کوچک و خارج از شبکه تولید می شود. الکتریسیته به دلیل اینکه حامل انرژی است و نه منبع اولیه، در دسته بندی خاص خود قرار می گیرد.
سوخت های فسیلی مورد استفاده برای تولید برق شامل زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی است. انرژی هسته‌ای منحصربه‌فرد است زیرا یک شکل تجدیدناپذیر تولید برق است که انتشار دی اکسید کربن تولید نمی‌کند. نیروگاه های هسته ای از شکافت یا عمل تقسیم اتم ها برای آزاد کردن مقادیر زیادی انرژی استفاده می کنند که سپس برای جوشاندن آب استفاده می شود. بخار حاصل به توربین تبدیل می شود که برق تولید می کند.
انرژی تجدیدپذیر از اشکال انرژی استفاده می‌کند که بسیار آسان‌تر از سوخت‌های فسیلی در دسترس هستند و اغلب انرژی را از فرآیندهایی که توسط خورشید دیکته می‌شوند (و در مورد انرژی خورشیدی، انرژی را مستقیماً از خورشید می‌گیرند) مصرف می‌کنند. انرژی باد ، نیروگاه آبی و زمین گرمایی همگی از فرآیندهای زمین برای چرخاندن توربین ها برای تولید برق استفاده می کنند.
انواع انرژی
انواع انرژی را می توان به دو دسته کلی تقسیم کرد: انرژی جنبشی (انرژی اجسام متحرک) و انرژی پتانسیل (انرژی ذخیره شده). این دو شکل اساسی انرژی هستند.
انواع مختلف انرژی به شرح زیر است: انرژی الکتریکی، انرژی شیمیایی، انرژی مکانیکی، انرژی حرارتی و انرژی هسته ای.
انرژی جنبشی
تمام اجسام متحرک دارای انرژی جنبشی هستند. انرژی جنبشی انرژی است که یک جسم به دلیل حرکتش دارد. می تواند به عنوان کار مورد نیاز برای شتاب دادن یک جسم از حالت سکون به سرعت فعلی آن تعریف شود. انرژی جنبشی به جرم جسم بستگی دارد.
هنگامی که سرعت یا جرم یک جسم افزایش می یابد، انرژی جنبشی نیز افزایش می یابد. انرژی جنبشی می تواند صفر یا مثبت باشد. برخی از نمونه‌های انرژی جنبشی عبارتند از: حرکت ماشین‌ها، حرکت دادن توپ، جریان رودخانه، دویدن ورزشکار و چرخش ماهواره در مدار.
1. انرژی تابشی
انرژی تابشی انرژی الکترومغناطیسی است که در امواج عرضی حرکت می کند. انرژی الکترومغناطیسی نوعی انرژی است که در آن انرژی از طریق امواج الکتریکی یا مغناطیسی در فضا منتشر می شود.
این امواج نیازی به محیط ندارند و با سرعت نور در فضای خالی حرکت می کنند. دارای ارتعاشات الکتریسیته و مغناطیس است. برخی از نمونه های امواج الکترومغناطیسی اشعه ایکس، امواج مایکروویو هستند. پرتوهای رادیویی، گاما و فرابنفش نمونه هایی از امواج الکترومغناطیسی هستند.
2. انرژی حرارتی
انرژی حرارتی به عنوان انرژی گرمایی نیز شناخته می شود. این نوعی انرژی است که در آن جسم به دلیل حرکت مولکول های درون جسم انرژی می گیرد. با افزایش سرعت حرکت این مولکول ها، گرمای بیشتری تولید می شود.
انرژی گرمایی روی زمین از خورشید بالا است. این انرژی تنها از طریق همرفت، هدایت و تابش قابل انتقال است. تبدیل انرژی گرمایی به اشکال دیگر دشوار است. برخی از نمونه های حرارت عبارتند از مشعل های اجاق گاز، یک فنجان قهوه داغ و هنگامی که دست خود را به هم می مالید، انرژی گرمایی تولید می شود.
3. انرژی حرکت
انرژی حرکت انرژی ذخیره شده در حرکت اجسام است. هرچه سریعتر حرکت کنند؛ انرژی ذخیره شده بیشتر برای حرکت یک جسم انرژی لازم است و با کاهش سرعت یک جسم انرژی آزاد می شود. باد نمونه ای از انرژی حرکت است.
یک مثال دراماتیک از انرژی حرکت، تصادف اتومبیل است – یک اتومبیل کاملاً متوقف می شود و تمام انرژی حرکتی خود را یکباره در یک لحظه کنترل نشده آزاد می کند.
4. انرژی صوتی
انرژی صوتی نوعی انرژی است که در آن با ارتعاشات ماده مرتبط است. انرژی صوتی برای حرکت به وسیله ای نیاز دارد و سطوح پایینی انرژی تولید می کند. به دلیل این خاصیت صدا در فضا هیچ صدایی وجود ندارد.
اندازه گیری این امواج به شدت و فشار آنها بستگی دارد. صدا سریعترین سرعت را از طریق مایع عبور می کند. صدای وسایل نقلیه، زنگ باد، خنده، گریه، آب ریختن، جوشیدن، سوت، گیتار همگی نمونه هایی از انرژی صوتی هستند.
5. انرژی الکتریکی
انرژی الکتریکی نوعی انرژی ناشی از حرکت بار الکتریکی است و معمولاً می توان آن را الکتریسیته نامید. منشأ آن از نیروهای الکترومغناطیسی است. وقتی این انرژی الکتریکی جریان می یابد، مقدار کمی انرژی گرمایی تولید می شود. بخاری های برقی، لوازم خانگی، چراغ ها، پنکه ها، تلویزیون و همه از انرژی الکتریکی استفاده می کنند.
انرژی پتانسیل
انرژی بالقوه نوعی انرژی است که یک جسم به دلیل فضیلت یا موقعیت آن در اختیار دارد. به عبارت ساده تر، انرژی پتانسیل چیزی است که وجود دارد اما هیچ کاری انجام نمی دهد. این انرژی ذخیره شده است و می تواند به انرژی جنبشی تبدیل شود.
برخی از نمونه های انرژی پتانسیل عبارتند از: یک خودکار بالا، یک ماشین روی یک تپه، یک نوار لاستیکی کشیده، یک لیوان شیر و میوه آویزان از درخت.
1. انرژی شیمیایی
انرژی شیمیایی نوعی انرژی است که در ترکیبات شیمیایی ذخیره شده و در طی یک واکنش شیمیایی آزاد می شود. در بیشتر این واکنش ها، انرژی گرمایی محصول جانبی است. انرژی شیمیایی رایج ترین شکل انرژی است.
به اشکال مختلف می آید و می تواند دائماً شکل خود را تغییر دهد. غذاهایی که می خوریم، تمام وسایلی که با باتری کار می کنند، احتراق نفت، سوخت و گاز و الکتریسیته برخی از نمونه های انرژی شیمیایی هستند.
2. انرژی مکانیکی
انرژی مکانیکی مجموع انرژی جنبشی یا انرژی حرکت و انرژی پتانسیل یا انرژی ذخیره شده در یک سیستم به دلیل موقعیت قطعات آن است.
انرژی مکانیکی در سیستمی که فقط دارای نیروهای گرانشی است یا در یک سیستم ایده‌آل‌شده که فاقد نیروی اتلاف‌کننده است، مانند اصطکاک و مقاومت هوا، یا سیستمی که در آن می‌توان به طور معقولی از چنین نیروهایی چشم پوشی کرد، ثابت است.
3. انرژی هسته ای
انرژی هسته ای نوعی انرژی درون اتم در هسته است. هر جسم اطراف ما از یک اتم تشکیل شده است. انرژی زیادی در این اتم ها وجود دارد. به دلایل خاصی، این اتم ها انرژی آزاد می کنند که می تواند برای بشر مضر و مفید باشد.
از این انرژی می توان برای تولید برق، جوشاندن آب برای ایجاد بخار و حتی انفجار بمب هسته ای استفاده کرد.
4. انرژی اتمی
انرژی اتمی زمانی تولید می شود که اتم ها را تقسیم می کنید. وقتی این اتفاق می افتد مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. بمب های اتمی، نیروگاه های هسته ای، زیردریایی های هسته ای و خورشید از نمونه های انرژی اتمی هستند.
5. انرژی گرانشی
انرژی گرانشی نوعی انرژی است که یک جسم در برابر جاذبه حرکت می کند. این عمدتا به دلیل کشش گرانش ایجاد می شود. هر چه جسم بالاتر باشد، انرژی گرانشی بالاتر است.
نیروی گرانش یک جسم به جرم جسم بستگی دارد. برخی از نمونه های انرژی گرانشی عبارتند از: آب ذخیره شده در سد، صخره ها در بالای تپه و چتر نجات.
6. انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی انرژی است که از خورشید دریافت می شود. فراوان ترین و تجدیدپذیرترین شکل انرژی است. اگر کل جمعیت به طور موثر از این انرژی خورشیدی برای همه مقاصد استفاده کنند، نیازی به استفاده از شکل دیگری از انرژی نیست.
این منبع رایگان انرژی گرما و نور است. پنل های خورشیدی ، سلول ها ، مشعل ها، چراغ ها، پنکه ها، مزارع خورشیدی و ایستگاه های خورشیدی برخی از تغییراتی هستند که از خورشید به عنوان رسانه خود استفاده می کنند.
7. انرژی مغناطیسی
انرژی مغناطیسی نوعی انرژی است که در میدان های مغناطیسی آهن ربا ذخیره می شود. همه آهنرباها نمونه هایی از انرژی مغناطیسی هستند.
8. انرژی سطحی
انرژی سطحی نوعی انرژی است که به واسطه وجود وجود دارد. این نوع انرژی در یک نوار لاستیکی کشیده، آب راکد و … وجود دارد به عبارت ساده وقتی 2 مایع با یکدیگر تماس پیدا می کنند، کشش سطحی ایجاد می شود.
این انرژی سطحی است. معمولاً در جامدات، انرژی سطحی با انرژی الاستیک ترکیب می شود. اگر حشره ای روی آب شناور است به خاطر انرژی سطحی است.
9. انرژی باد
انرژی باد انرژی بادهاست. این یک منبع انرژی سبز، تجدید پذیر و مقرون به صرفه است که برای مدت زمان طولانی مورد استفاده قرار می گیرد. انرژی باد به شکل آسیاب های بادی و توربین ها استفاده می شود که انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
