ما در مکالمات روزمره خود زیاد از کلمه «انرژی» استفاده می‌کنیم. ما هر روز از اشکال مختلف انرژی برای حرکت، صحبت کردن، آشپزی، پریدن یا روشن کردن چراغ، گرما، موسیقی و تلویزیون استفاده می‌کنیم. در این درس، با موقعیت‌هایی که در زندگی روزمره تجربه می‌کنید، در مورد انرژی و اشکال مختلف آن یاد خواهیم گرفت.
بیایید شروع کنیم.
انرژی باعث وقوع اتفاقات می‌شود. هر بار که چیزی حرکت می‌کند، به دلیل انرژی است. هر بار که چیزی گرمتر می‌شود، به دلیل انرژی است. هر بار که چیزی صدا می‌دهد، به دلیل انرژی است. ما از انرژی برای فکر کردن، بازی کردن و صحبت کردن استفاده می‌کنیم. در واقع، هر بار که کاری انجام می‌دهیم، از انرژی استفاده می‌کنیم!
ما از انرژی برای گرم کردن و خنک کردن خانه‌ها، مدارس و دفاتر خود استفاده می‌کنیم. ما از انرژی برای چراغ‌ها و لوازم خانگی استفاده می‌کنیم. انرژی باعث حرکت وسایل نقلیه، پرواز هواپیماها، حرکت قایق‌ها و کار کردن ماشین‌ها می‌شود.
همه موجودات زنده نیز به انرژی نیاز دارند. گیاهان از نور خورشید برای رشد استفاده می‌کنند. حیوانات و انسان‌ها گیاهان را می‌خورند و از انرژی ذخیره شده در آنها استفاده می‌کنند. غذا سوختی برای نیازهای انرژی بدن ماست.
آیا متوجه شده‌اید که بعد از یک بازی فوتبال (یا هر ورزش دیگری) که با شدت انجام می‌شود، بدن شما چقدر داغ می‌شود؟ این به این دلیل است که بدن شما انرژی گرمایی تولید می‌کند.
به زبان ساده، انرژی توانایی انجام کار است. انرژی به اشکال مختلفی وجود دارد و ما از آن به روش‌های مختلفی استفاده می‌کنیم. بیایید به چند مثال از زندگی روزمره خود نگاهی بیندازیم:
کدام انرژی بیشتری دارد - هواپیمایی که در آسمان پرواز می‌کند یا کتابی که از روی میز می‌افتد؟ هواپیمایی که در آسمان پرواز می‌کند انرژی بیشتری دارد زیرا خیلی سریع‌تر از کتاب حرکت می‌کند و همچنین به این دلیل که هواپیما از کتاب سنگین‌تر است.
وقتی شکلات داغ سرد می‌شود، آیا انرژی حرارتی می‌گیرد یا از دست می‌دهد؟ انرژی حرارتی از دست می‌دهد زیرا شیر انرژی حرارتی (یا گرما) خود را به محیط اطراف آزاد می‌کند و دیگر انرژی حرارتی را از افزایش دمای اجاق گاز جذب نمی‌کند.
به نظر شما دستگاه‌های قهوه‌ساز یا تلویزیون وقتی به پریز برق وصل می‌شوند چگونه شروع به کار می‌کنند؟ دلیلش این است که انرژی الکتریکی از طریق خطوط برق حرکت می‌کند و سپس به دستگاه‌های مختلف زیادی انرژی می‌دهد تا کار کنند.
کدام صدا انرژی بیشتری دارد - بوق کامیون یا فواره آب؟ بوق انرژی بیشتری دارد زیرا هرچه چیزی بلندتر باشد، انرژی صوتی بیشتری دارد.
انرژی یک جسم بر اساس ظرفیت انجام کار آن اندازه‌گیری می‌شود. بنابراین، واحد انرژی همان واحد کار است و آن ژول (J) است. 1 ژول (J) انرژی مورد نیاز برای انجام 1 ژول کار است. یک ژول به مقدار انرژی منتقل شده به یک جسم از طریق انجام کار برای جابجایی آن به مسافت 1 متر در برابر نیروی 1 نیوتن اشاره دارد. از واحد بزرگتری برای انرژی به نام کیلوژول (kJ) استفاده می‌شود. 1 کیلوژول = 1000 ژول.
انرژی جنبشی - هر چیز متحرکی از انرژی جنبشی استفاده می‌کند. به عنوان مثال، پرواز هواپیما در آسمان، پرتاب توپ، دویدن، دوچرخه‌سواری و غیره نمونه‌هایی از انرژی جنبشی هستند. یک ماشین در حال حرکت در جاده انرژی جنبشی دارد در حالی که ماشین پارک شده انرژی جنبشی ندارد. این بدان معناست که انرژی جنبشی فقط زمانی وجود دارد که یک جسم یا شیء در حال حرکت باشد. وقتی یک جسم در حالت سکون است، انرژی جنبشی آن صفر می‌شود. این بدان معناست که وقتی حرکت = 0 باشد، انرژی جنبشی = 0 است. این مقدار از صفر تا یک مقدار مثبت متغیر است. مثال: کودکی که روی تاب تاب می‌خورد. مهم نیست که تاب به جلو یا عقب حرکت کند، مقدار انرژی جنبشی هرگز منفی نیست.
انرژی پتانسیل – انرژی موقعیت یک جسم است. مثال: وقتی کودکی که روی تاب تاب می‌خورد به بالای قوس می‌رسد، حداکثر انرژی پتانسیل را دارد. وقتی به زمین نزدیک‌تر است، انرژی پتانسیل او در حداقل خود (0) است. مثال دیگر پرتاب توپ به هوا است. در بالاترین نقطه، انرژی پتانسیل بیشترین مقدار را دارد. وقتی توپ بالا یا پایین می‌رود، ترکیبی از انرژی پتانسیل و جنبشی دارد.
انرژی مکانیکی - این انرژی است که از حرکت یا مکان یک جسم حاصل می‌شود. انرژی مکانیکی مجموع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل است. مثال‌ها: جسمی که دارای انرژی مکانیکی است، هم انرژی جنبشی و هم انرژی پتانسیل دارد، اگرچه انرژی یکی از این دو ممکن است برابر با صفر باشد. یک ماشین در حال حرکت انرژی جنبشی دارد. اگر ماشین را از کوه بالا ببرید، انرژی جنبشی و پتانسیل دارد. کتابی که روی میز قرار دارد، انرژی پتانسیل دارد.
انرژی شیمیایی - انرژی شیمیایی، انرژی ذخیره شده در پیوندهای اتم‌ها و مولکول‌ها است. وقتی این واکنش شیمیایی رخ می‌دهد، این انرژی آزاد می‌شود. ما در ماشین خود از انرژی شیمیایی به شکل سوخت (بنزین/دیزل) برای رانندگی استفاده می‌کنیم. باتری‌ها، زیست‌توده، نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ نمونه‌هایی از انرژی شیمیایی ذخیره شده هستند. غذا نیز نمونه خوبی از انرژی شیمیایی ذخیره شده است. این انرژی در طول هضم آزاد می‌شود.
انرژی الکتریکی - انرژی تولید شده توسط ذرات باردار ریز به نام الکترون. رعد و برق یکی از اشکال انرژی الکتریکی است. تقریباً تمام لوازم خانگی ما مانند لپ تاپ، دستگاه قهوه ساز، تلفن همراه، جاروبرقی و تلویزیون با برق کار می کنند.
انرژی گرمایی - همچنین به عنوان انرژی حرارتی شناخته می‌شود. انرژی حاصل از آتش، انرژی حرارتی است. این انرژی، اختلاف دما بین دو سیستم را منعکس می‌کند. همانطور که می‌دانیم ماده از مولکول‌ها تشکیل شده است. وقتی دمای ماده را افزایش می‌دهیم، ذرات سریع‌تر ارتعاش می‌کنند. انرژی گرمایی، انرژی‌ای است که از دمای ماده ناشی می‌شود. یک فنجان قهوه داغ، اجاق‌های برقی یا گازی، بخاری اتاق و غیره نمونه‌هایی از انرژی حرارتی هستند.
انرژی نورانی - این انرژی به عنوان انرژی تابشی نیز شناخته می‌شود. زمین مقدار زیادی از انرژی خود را از نور خورشید دریافت می‌کند. گیاهان انرژی نورانی را از خورشید می‌گیرند و آن را به انرژی شیمیایی (غذا) تبدیل می‌کنند که به رشد آنها کمک می‌کند، این فرآیند فتوسنتز نام دارد.
انرژی صوتی – هر چه بلندتر فریاد بزنیم، انرژی صوتی بیشتری مصرف می‌کنیم. هر چیزی که می‌شنوید انرژی صوتی است. علاوه بر صدای ما، نمونه‌های بسیار دیگری از انرژی صوتی وجود دارد: دست زدن، نواختن گیتار، پارس کردن سگ و غیره.
انرژی هسته‌ای - انرژی هسته‌ای در هسته اتم‌ها ذخیره می‌شود. این انرژی زمانی آزاد می‌شود که هسته‌ها با هم ترکیب شوند (همجوشی) یا از هم جدا شوند (شکافت). مثال: شکافت هسته‌ای، همجوشی هسته‌ای و واپاشی هسته‌ای نمونه‌هایی از انرژی هسته‌ای هستند. انفجار اتمی و انرژی حاصل از یک نیروگاه هسته‌ای نمونه‌های خاصی از این نوع انرژی هستند. نیروگاه‌های هسته‌ای هسته اتم‌های اورانیوم را برای تولید برق شکافت می‌دهند.
انرژی الکترومغناطیسی - انرژی الکترومغناطیسی یا انرژی تابشی، انرژی حاصل از نور یا امواج الکترومغناطیسی است. مثال: هر شکلی از نور، از جمله بخش‌هایی از طیف که ما نمی‌توانیم ببینیم، دارای انرژی الکترومغناطیسی است. رادیو، گاما، اشعه ایکس، مایکروویو و نور ماوراء بنفش نمونه‌هایی از انرژی الکترومغناطیسی هستند.
انرژی گرانشی - انرژی مرتبط با گرانش شامل جاذبه بین دو جسم بر اساس جرم آنها است. این می‌تواند به عنوان مبنایی برای انرژی مکانیکی، مانند انرژی پتانسیل یک جسم قرار داده شده روی قفسه یا انرژی جنبشی ماه در مدار زمین، عمل کند. مثال: انرژی گرانشی، جو را به زمین متصل نگه می‌دارد.
انرژی یونیزاسیون - این شکلی از انرژی است که الکترون‌ها را به هسته اتم، یون یا مولکول آن متصل می‌کند. مثال: اولین انرژی یونیزاسیون یک اتم، انرژی لازم برای جدا کردن کامل یک الکترون است. انرژی یونیزاسیون دوم، انرژی لازم برای جدا کردن الکترون دوم است و بیشتر از مقدار لازم برای جدا کردن الکترون اول است.
قانون پایستگی انرژی بیان می‌کند که انرژی هرگز ایجاد یا از بین نمی‌رود، بلکه فقط از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. یک مثال، انرژی شیمیایی موجود در غذا است که هنگام حرکت ما به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود.
جرم ارتباط نزدیکی با انرژی دارد. در نتیجه هم‌ارزی بین جرم و انرژی، هر جسم ساکنی که جرم دارد، مقدار انرژی معادلی دارد که به آن انرژی سکون می‌گویند. جرم سکون به جرم یک جسم ساکن اشاره دارد. افزایش انرژی جسم بالاتر از انرژی سکون، جرم کل جسم را افزایش می‌دهد. مثال: گرم کردن یک جسم منجر به افزایش انرژی می‌شود که به صورت افزایش اندک جرم قابل اندازه‌گیری است.
انرژی تجدیدپذیر
انرژی تجدیدپذیر، انرژی تولید شده از منابعی است که تمام نمی‌شوند یا می‌توانند در طول عمر انسان دوباره تولید شوند. رایج‌ترین نمونه‌ها شامل باد، خورشید، زمین گرمایی، زیست توده و برق آبی هستند.
انرژی خورشیدی به نوعی از انرژی خورشید اشاره دارد. این انرژی می‌تواند به انرژی الکتریکی، حرارتی و شیمیایی تبدیل شود. به عنوان مثال، پنل‌های خورشیدی برای بهره‌برداری از انرژی خورشیدی و سپس تبدیل آن به انرژی الکتریکی استفاده می‌شوند. این انرژی می‌تواند برای روشنایی یا گرمایش استفاده شود. انرژی خورشیدی همچنین در لوازم برقی مانند تلفن‌های همراه کاربرد دارد. این نوع انرژی در مناطق گرمسیری جهان بسیار فراوان است، جایی که به طور سنتی برای خشک کردن محصولات کشاورزی مانند قهوه، ذرت و برنج استفاده می‌شده است. برخی از مزایای این نوع انرژی این است که ارزان، پایان‌ناپذیر، دارای طیف گسترده‌ای از منابع و یک منبع انرژی پاک است.
انرژی باد به انرژی حاصل از باد اشاره دارد. آسیاب‌های بادی برای تبدیل انرژی باد به انرژی مکانیکی استفاده می‌شوند که می‌توانند به روش‌های مختلفی مورد استفاده قرار گیرند. این روش‌ها شامل تولید برق، آسیاب کردن غلات و پمپاژ آب می‌شود. قرن‌هاست که از انرژی باد برای به حرکت درآوردن کشتی‌های اقیانوس‌پیما مانند لنج‌های عربی و کشتی‌ها استفاده می‌شود. مناطقی که دارای مناظر باز هستند، مناطق اصلی بالقوه برای انرژی باد هستند.
انرژی حاصل از آب ، انرژی آبی نامیده می‌شود. این انرژی زمانی تولید می‌شود که آب در حال حرکت است. آبی که با سرعت بالا جریان دارد، انرژی جنبشی زیادی دارد که می‌تواند کار انجام دهد. به عنوان مثال، از نیروی آب می‌توان برای چرخاندن آسیاب‌های آسیاب غلات استفاده کرد. این انرژی همچنین برای چرخاندن توربین‌هایی که برق آبی تولید می‌کنند، استفاده می‌شود.
انرژی تجدیدناپذیر
در مقابل، انرژی تجدیدناپذیر، انرژی‌ای است که از منابعی حاصل می‌شود که تمام می‌شوند یا در طول عمر ما دوباره تولید نمی‌شوند. اکثر منابع انرژی تجدیدناپذیر، سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ، گاز و نفت هستند.
نفت به هیدروکربن‌های مایع و گازی حاصل از مواد حیوانی و گیاهی اشاره دارد که در سنگ‌های رسوبی رسوب، فشرده و به این شکل‌ها تبدیل شده‌اند. پس از پالایش نفت، محصولات مختلفی به دست می‌آید. این محصولات شامل بنزین (بنزین)، سوخت هواپیما، روان‌کننده‌ها، نفت سفید و قیر هستند. این محصولات برای اهداف مختلفی استفاده می‌شوند. دیزل صنعتی در صنایع در کوره‌ها و دیگ‌های بخار، برای تولید سوخت وسایل نقلیه، کشتی‌ها، موتورهای لوکوموتیو و ماشین‌آلات استفاده می‌شود.
زغال سنگ سنگی قهوه‌ای یا سیاه است که عمدتاً از کربن تشکیل شده و میلیون‌ها سال پیش از فشرده شدن مواد گیاهی تشکیل شده است. استفاده از زغال سنگ به عنوان منبع انرژی در سال‌های اخیر با کشف انرژی زمین گرمایی، برق آبی و نفت کاهش یافته است.
گاز طبیعی نوعی گاز است که در زیر زمین و روی لایه‌های بالایی نفت خام تشکیل می‌شود، اما ممکن است به تنهایی نیز وجود داشته باشد. این گاز عمدتاً در صنایع برای گرمایش و مصارف خانگی برای گرمایش، روشنایی و پخت و پز استفاده می‌شود.
