ما از کلمه "انرژی" در مکالمات روزمره خود زیاد استفاده می کنیم. انواع مختلفی از انرژی وجود دارد که ما هر روز برای حرکت، صحبت کردن، آشپزی، پریدن یا روشن کردن نور، گرما، موسیقی و تلویزیون استفاده می کنیم. در این درس با شرایطی که در زندگی روزمره تجربه می کنید با انرژی و اشکال مختلف آن آشنا می شویم.
بیا شروع کنیم.
انرژی باعث می شود همه چیز اتفاق بیفتد. هر بار که چیزی حرکت می کند، به خاطر انرژی است. هر بار که چیزی گرمتر می شود، به خاطر انرژی است. هر بار که چیزی صدا می دهد، به خاطر انرژی است. ما از انرژی برای فکر کردن، بازی کردن و صحبت کردن استفاده می کنیم. در واقع هر بار که هر کاری انجام می دهیم، انرژی مصرف می کنیم!
ما از انرژی برای گرم کردن و خنک کردن خانه ها، مدارس و دفاتر خود استفاده می کنیم. ما از انرژی برای چراغ ها و وسایل برقی استفاده می کنیم. انرژی باعث می‌شود وسایل نقلیه ما حرکت کنند، هواپیماها پرواز کنند، قایق‌ها حرکت کنند و ماشین‌ها کار کنند.
همه موجودات زنده نیز به انرژی نیاز دارند. گیاهان از نور خورشید برای رشد استفاده می کنند. حیوانات و مردم گیاهان را می خورند و از انرژی ذخیره شده استفاده می کنند. غذا سوخت مورد نیاز انرژی بدن ما است.
آیا بعد از یک بازی شدید فوتبال (یا هر ورزش دیگری) متوجه شده اید که بدن شما چگونه گرم می شود؟ زیرا بدن شما انرژی گرمایی تولید می کند.
به زبان ساده، انرژی توانایی انجام کار است. انرژی اشکال مختلفی دارد و ما از آن به طرق مختلف استفاده می کنیم. بیایید به چند نمونه از زندگی روزمره خود نگاه کنیم:
کدام یک انرژی بیشتری دارد - هواپیمایی که در آسمان پرواز می کند یا کتابی که از روی میز می افتد؟ هواپیمایی که در آسمان پرواز می کند انرژی بیشتری دارد زیرا سرعت آن بسیار بیشتر از کتاب است و همچنین به دلیل سنگین تر بودن هواپیما از کتاب.
وقتی هات چاکلت سرد می شود، انرژی حرارتی به دست می آورد یا از دست می دهد؟ انرژی حرارتی خود را از دست می دهد زیرا شیر انرژی حرارتی (یا گرمای) خود را به اطراف آزاد می کند و دیگر انرژی حرارتی را از افزایش دمای اجاق گاز جذب نمی کند.
به نظر شما دستگاه های قهوه ساز یا تلویزیون وقتی به پریز وصل می شوند چگونه شروع به کار می کنند؟ این به این دلیل است که انرژی الکتریکی از طریق خطوط برق عبور می کند و سپس انرژی زیادی را به ماشین های مختلف می دهد تا کار کنند.
کدام صدا انرژی بیشتری دارد - بوق کامیون یا فواره آب؟ بوق انرژی بیشتری دارد زیرا هر چه صدایی بلندتر باشد انرژی صوتی بیشتری دارد.
انرژی در اختیار یک جسم بر حسب ظرفیت آن برای انجام کار اندازه گیری می شود. بنابراین، واحد انرژی همان واحد کار است و آن ژول (J) است. 1 ژول (J) انرژی مورد نیاز برای انجام 1 ژول کار است. ژول به مقدار انرژی اطلاق می شود که با حرکت دادن آن به جسم برای مسافت 1 متر در برابر نیروی 1N به بدن منتقل می شود. یک واحد بزرگتر انرژی به نام کیلوژول (کیلوژول) استفاده می شود. 1 کیلوژول = 1000 ژول.
انرژی جنبشی - هر چیز متحرکی از انرژی جنبشی استفاده می کند. به عنوان مثال، پرواز هواپیما در آسمان، پرتاب توپ، دویدن، دوچرخه سواری و ... نمونه هایی از انرژی جنبشی هستند. ماشین در حال حرکت در جاده دارای انرژی جنبشی است در حالی که ماشین پارک شده انرژی جنبشی ندارد. این بدان معناست که انرژی جنبشی تنها زمانی وجود دارد که یک جسم یا جسم در حال حرکت باشد. وقتی جسمی در حالت سکون است، انرژی جنبشی آن صفر می شود. این بدان معنی است که وقتی حرکت = 0، انرژی جنبشی = 0 است. از صفر تا یک مقدار مثبت متغیر است. مثال: کودکی که روی تاب تاب می‌خورد. مهم نیست که نوسان به سمت جلو یا عقب حرکت می کند، مقدار انرژی جنبشی هرگز منفی نیست.
انرژی بالقوه - انرژی موقعیت یک جسم است. مثال: وقتی کودکی که روی تاب می چرخد به بالای قوس می رسد، حداکثر انرژی پتانسیل را دارد. هنگامی که او به زمین نزدیک تر است، انرژی پتانسیل او در حداقل خود است (0). مثال دیگر پرتاب توپ به هوا است. در بالاترین نقطه، انرژی پتانسیل بیشترین مقدار است. وقتی توپ بالا می رود یا پایین می آید ترکیبی از انرژی پتانسیل و جنبشی دارد.
انرژی مکانیکی - این انرژی است که از حرکت یا مکان یک جسم حاصل می شود. انرژی مکانیکی مجموع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل است. مثال: جسمی که دارای انرژی مکانیکی است، هم انرژی جنبشی و هم انرژی پتانسیل دارد، اگرچه انرژی یکی از اشکال ممکن است برابر با صفر باشد. ماشین متحرک دارای انرژی جنبشی است. اگر ماشین را از یک کوه بالا ببرید، انرژی جنبشی و پتانسیل دارد. کتابی که روی میز نشسته انرژی بالقوه ای دارد.
انرژی شیمیایی - انرژی شیمیایی انرژی است که در پیوندهای اتم ها و مولکول ها ذخیره می شود. هنگامی که این واکنش شیمیایی رخ می دهد، این انرژی آزاد می شود. ما از انرژی شیمیایی در ماشین خود به شکل سوخت (بنزین/دیزل) برای رانندگی استفاده می کنیم. باتری ها، زیست توده، نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ نمونه هایی از انرژی شیمیایی ذخیره شده هستند. غذا همچنین نمونه خوبی از انرژی شیمیایی ذخیره شده است. این انرژی در طول هضم آزاد می شود.
انرژی الکتریکی - انرژی تولید شده توسط ذرات باردار ریز به نام الکترون. صاعقه یکی از اشکال انرژی الکتریکی است. تقریباً تمام لوازم ما مانند لپ‌تاپ، قهوه‌ساز، تلفن همراه، جاروبرقی و تلویزیون با برق کار می‌کنند.
انرژی گرمایی - به عنوان انرژی حرارتی نیز شناخته می شود. انرژی حاصل از آتش سوزی انرژی حرارتی است. این نشان دهنده اختلاف دما بین دو سیستم است. همانطور که می دانیم ماده از مولکول ها تشکیل شده است. وقتی دمای ماده را بالا می‌بریم، ذرات سریعتر می‌لرزند. انرژی گرمایی انرژی حاصل از دمای ماده است. یک فنجان قهوه داغ، اجاق های برقی یا گازی، بخاری اتاق و غیره نمونه هایی از انرژی حرارتی هستند.
انرژی نور - این انرژی به عنوان انرژی تابشی نیز شناخته می شود. زمین مقدار زیادی انرژی خود را از نور خورشید می گیرد. گیاهان انرژی نور را از خورشید می گیرند و آن را به انرژی شیمیایی (غذا) تبدیل می کنند که به رشد آنها کمک می کند، این به عنوان فتوسنتز شناخته می شود.
انرژی صوتی – هر چه بلندتر فریاد بزنیم، انرژی صوتی بیشتری مصرف می کنیم. هر چیزی که می شنوید انرژی صوتی است. علاوه بر صدای ما، نمونه های بسیار دیگری از انرژی صوتی وجود دارد: دست زدن، گیتار زدن، پارس کردن سگ ها و غیره.
انرژی هسته ای - انرژی هسته ای در هسته اتم ها ذخیره می شود. این انرژی زمانی آزاد می شود که هسته ها با هم ترکیب شوند (همجوشی) یا از هم جدا شوند (شکافت). مثال: شکافت هسته ای، همجوشی هسته ای و فروپاشی هسته ای نمونه هایی از انرژی هسته ای هستند. انفجار اتمی و نیروی حاصل از نیروگاه هسته ای نمونه های خاصی از این نوع انرژی است. نیروگاه های هسته ای هسته های اتم های اورانیوم را برای تولید برق تقسیم می کنند.
انرژی الکترومغناطیسی - انرژی الکترومغناطیسی یا انرژی تابشی انرژی حاصل از نور یا امواج الکترومغناطیسی است. مثال: هر شکلی از نور دارای انرژی الکترومغناطیسی است، از جمله بخش هایی از طیف که ما نمی توانیم ببینیم. رادیو، گاما، اشعه ایکس، مایکروویو و نور فرابنفش نمونه هایی از انرژی الکترومغناطیسی هستند.
انرژی گرانشی - انرژی مرتبط با گرانش شامل جاذبه بین دو جسم بر اساس جرم آنها است. می تواند به عنوان پایه ای برای انرژی مکانیکی، مانند انرژی پتانسیل جسمی که در یک قفسه قرار می گیرد یا انرژی جنبشی ماه در مدار اطراف زمین باشد. مثال: انرژی گرانشی جو را به زمین نگه می دارد.
انرژی یونیزاسیون - شکلی از انرژی است که الکترون ها را به هسته اتم، یون یا مولکول خود متصل می کند. مثال: اولین انرژی یونیزاسیون یک اتم، انرژی لازم برای حذف کامل یک الکترون است. انرژی یونیزاسیون دوم انرژی برای حذف الکترون دوم است و بیشتر از انرژی لازم برای حذف الکترون اول است.
قانون بقای انرژی بیان می کند که انرژی هرگز ایجاد یا از بین نمی رود، بلکه فقط می توان آن را از شکلی به شکل دیگر تغییر داد. یک مثال انرژی شیمیایی موجود در غذا است که با حرکت به انرژی جنبشی تبدیل می شود.
جرم رابطه نزدیکی با انرژی دارد. در نتیجه هم ارزی جرم و انرژی، هر جسم ساکن با جرم دارای مقدار انرژی معادلی است که به آن انرژی استراحت می گویند. جرم استراحت به جرم یک جسم ساکن اشاره دارد. افزایش انرژی به بدن بیش از انرژی باقیمانده، جرم کل جسم را افزایش می دهد. مثال: گرم کردن یک جسم منجر به افزایش انرژی می شود که با افزایش جرم کوچک قابل اندازه گیری است.
انرژی تجدید پذیر
انرژی های تجدیدپذیر انرژی تولید شده از منابعی هستند که تمام نمی شوند یا می توانند در طول عمر انسان دوباره پر شوند. رایج ترین نمونه ها عبارتند از باد، خورشید، زمین گرمایی، زیست توده و انرژی آبی.
انرژی خورشیدی به نوع انرژی از خورشید اشاره دارد. می توان آن را به انرژی الکتریکی، گرمایی و شیمیایی تبدیل کرد. به عنوان مثال، پنل های خورشیدی برای بهره برداری از انرژی خورشیدی و سپس تبدیل آن به انرژی الکتریکی استفاده می شود. از این انرژی می توان برای روشنایی یا گرمایش استفاده کرد. انرژی خورشیدی در وسایل برقی مانند تلفن همراه نیز کاربرد دارد. این نوع انرژی در مناطق گرمسیری جهان بسیار فراوان است که به طور سنتی برای خشک کردن محصولاتی مانند قهوه، ذرت و برنج استفاده می‌شده است. از مزایای این نوع انرژی می توان به ارزان بودن، پایان ناپذیر بودن، داشتن طیف وسیعی از منابع و یک منبع انرژی پاک اشاره کرد.
انرژی باد به انرژی حاصل از باد اشاره دارد. آسیاب های بادی برای تبدیل انرژی باد به انرژی مکانیکی استفاده می شود که می تواند به روش های مختلف مورد استفاده قرار گیرد. اینها شامل تولید برق، آسیاب غلات و پمپاژ آب است. برای قرن‌ها، انرژی باد برای به حرکت درآوردن کشتی‌های اقیانوسی مانند ناوها و کشتی‌ها مورد بهره‌برداری قرار گرفته است. مناطقی که دارای مناظر باز هستند، عمده ترین مناطق بالقوه با انرژی باد هستند.
انرژی حاصل از آب را نیروگاه آبی می نامند. هنگامی که آب در حال حرکت است تولید می شود. آبی که با سرعت زیاد جریان دارد انرژی جنبشی زیادی دارد که می تواند کار کند. به عنوان مثال، از نیروی آب می توان برای چرخاندن آسیاب های آسیاب دانه ها استفاده کرد. این انرژی همچنین برای چرخاندن توربین هایی که برق آبی تولید می کنند استفاده می شود.
انرژی های تجدید ناپذیر
در مقابل، انرژی تجدیدناپذیر انرژی است که از منابعی به دست می‌آید که تمام می‌شوند یا در طول عمر ما دوباره پر نمی‌شوند. بیشتر منابع انرژی های تجدید ناپذیر سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ، گاز و نفت هستند.
نفت به هیدروکربن های مایع و گازی از مواد حیوانی و گیاهی اطلاق می شود که در سنگ های رسوبی ریخته شده، فشرده شده و به این شکل ها تبدیل شده اند. پس از پالایش نفت، محصولات مختلفی به دست می آید. این محصولات شامل بنزین (بنزین)، سوخت هوانوردی، روان کننده ها، نفت سفید و قیر است. این محصولات برای مقاصد مختلف استفاده می شوند. دیزل صنعتی در صنایع در کوره ها و بویلرها برای تولید سوخت وسایل نقلیه، کشتی ها، موتورهای لوکوموتیو و ماشین آلات استفاده می شود.
زغال سنگ یک سنگ قهوه ای یا سیاه است که عمدتاً از کربن ساخته شده از میلیون ها سال پیش از فشرده سازی مواد گیاهی تشکیل شده است. استفاده از زغال سنگ به عنوان منبع انرژی در سال های اخیر با کشف انرژی زمین گرمایی، برق آبی و نفت کاهش یافته است.
گاز طبیعی نوعی گاز است که در زیر زمین تشکیل می شود و در لایه های بالایی نفت خام تشکیل می شود اما ممکن است به تنهایی نیز ایجاد شود. در صنایع عمدتاً برای گرمایش و مصارف خانگی برای گرمایش، روشنایی و پخت و پز استفاده می شود.
