हम अपनी रोज़मर्रा की बातचीत में 'ऊर्जा' शब्द का खूब इस्तेमाल करते हैं। ऊर्जा के कई अलग-अलग रूप हैं जिनका इस्तेमाल हम रोज़ाना चलने, बात करने, खाना पकाने, कूदने, या रोशनी, गर्मी, संगीत और टीवी चालू करने के लिए करते हैं। इस पाठ में, हम ऊर्जा और उसके विभिन्न रूपों के बारे में जानेंगे और उन परिस्थितियों का अध्ययन करेंगे जिनका आप रोज़मर्रा की ज़िंदगी में अनुभव करते हैं।
आएँ शुरू करें।
ऊर्जा ही चीज़ों को घटित होने में मदद करती है। जब भी कोई चीज़ हिलती है, तो वह ऊर्जा के कारण ही होती है। जब भी कोई चीज़ गर्म होती है, तो वह ऊर्जा के कारण ही होती है। जब भी कोई चीज़ आवाज़ करती है, तो वह ऊर्जा के कारण ही होती है। हम सोचने, खेलने और बात करने के लिए ऊर्जा का इस्तेमाल करते हैं। दरअसल, जब भी हम कुछ करते हैं, तो हम ऊर्जा का ही इस्तेमाल करते हैं!
हम अपने घरों, स्कूलों और दफ़्तरों को गर्म और ठंडा करने के लिए ऊर्जा का इस्तेमाल करते हैं। हम रोशनी और उपकरणों के लिए भी ऊर्जा का इस्तेमाल करते हैं। ऊर्जा ही हमारे वाहनों को चलाती है, हवाई जहाज़ों को उड़ाती है, नावों को चलाती है और मशीनों को चलाती है।
सभी जीवित प्राणियों को भी ऊर्जा की आवश्यकता होती है। पौधे बढ़ने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करते हैं। पशु और मनुष्य पौधों को खाते हैं और संचित ऊर्जा का उपयोग करते हैं। भोजन हमारे शरीर की ऊर्जा आवश्यकताओं के लिए ईंधन है।
क्या आपने कभी गौर किया है कि फुटबॉल (या किसी भी खेल) के ज़ोरदार खेल के बाद आपका शरीर कितना गर्म महसूस करता है? ऐसा इसलिए होता है क्योंकि आपका शरीर ऊष्मा ऊर्जा पैदा करता है।
सरल शब्दों में, ऊर्जा कार्य करने की क्षमता है। ऊर्जा कई रूपों में आती है और हम इसका उपयोग कई तरीकों से करते हैं। आइए अपने दैनिक जीवन से कुछ उदाहरण देखें:
किसमें ज़्यादा ऊर्जा है - आसमान में उड़ता हुआ हवाई जहाज़ या मेज़ से गिरती हुई किताब? आसमान में उड़ते हवाई जहाज़ में ज़्यादा ऊर्जा होती है क्योंकि वह किताब से कहीं ज़्यादा तेज़ गति से चल रहा होता है, और इसलिए भी क्योंकि हवाई जहाज़ किताब से भारी होता है।
जब हॉट चॉकलेट ठंडी होती है, तो क्या उसे ऊष्मीय ऊर्जा मिलती है या उसकी हानि होती है? यह ऊष्मीय ऊर्जा इसलिए खोती है क्योंकि दूध अपनी ऊष्मीय ऊर्जा (या ऊष्मा) आसपास के वातावरण में छोड़ देता है और चूल्हे के बढ़ते तापमान से ऊष्मीय ऊर्जा अवशोषित नहीं कर पाता।
आपको क्या लगता है, कॉफ़ी मशीन या टीवी सॉकेट में प्लग लगाने पर कैसे काम करना शुरू करते हैं? ऐसा इसलिए होता है क्योंकि विद्युत ऊर्जा बिजली की लाइनों से होकर गुज़रती है और फिर कई अलग-अलग मशीनों को काम करने के लिए ऊर्जा देती है।
किस ध्वनि में ज़्यादा ऊर्जा होती है - ट्रक के हॉर्न की या पानी के फव्वारे की? हॉर्न में ज़्यादा ऊर्जा होती है क्योंकि कोई चीज़ जितनी तेज़ होती है, उसमें उतनी ही ज़्यादा ध्वनि ऊर्जा होती है।
किसी वस्तु की ऊर्जा उसकी कार्य करने की क्षमता के आधार पर मापी जाती है। इसलिए, ऊर्जा की इकाई कार्य की इकाई के समान ही है, और वह है जूल (J)। 1 जूल (J) वह ऊर्जा है जो 1 जूल कार्य करने के लिए आवश्यक होती है। जूल उस ऊर्जा की मात्रा को कहते हैं जो किसी पिंड को 1 न्यूटन बल के विरुद्ध 1 मीटर की दूरी तक गतिमान करने के लिए कार्य करने पर प्राप्त होती है। ऊर्जा की एक बड़ी इकाई किलोजूल (kJ) का उपयोग किया जाता है। 1 kJ = 1000 J.
गतिज ऊर्जा - कोई भी गतिशील वस्तु गतिज ऊर्जा का उपयोग करती है। उदाहरण के लिए, आकाश में हवाई जहाज उड़ाना, गेंद फेंकना, दौड़ना, साइकिल चलाना आदि गतिज ऊर्जा के उदाहरण हैं। सड़क पर चलती कार में गतिज ऊर्जा होती है, जबकि खड़ी कार में गतिज ऊर्जा नहीं होती। इसका अर्थ है कि गतिज ऊर्जा केवल तभी मौजूद होती है जब कोई पिंड या वस्तु गतिमान हो। जब कोई वस्तु स्थिर होती है, तो उसकी गतिज ऊर्जा शून्य हो जाती है। इसका अर्थ है, जब गति = 0, गतिज ऊर्जा = 0। यह शून्य से लेकर धनात्मक मान तक होती है। उदाहरण: एक बच्चा झूला झूल रहा है। झूला चाहे आगे की ओर हो या पीछे की ओर, गतिज ऊर्जा का मान कभी ऋणात्मक नहीं होता।
स्थितिज ऊर्जा - यह किसी वस्तु की स्थिति की ऊर्जा होती है। उदाहरण: जब कोई बच्चा झूले पर झूलते हुए चाप के शीर्ष पर पहुँचता है, तो उसकी स्थितिज ऊर्जा अधिकतम होती है। जब वह ज़मीन के करीब होता है, तो उसकी स्थितिज ऊर्जा न्यूनतम (0) होती है। एक अन्य उदाहरण गेंद को हवा में उछालना है। उच्चतम बिंदु पर, स्थितिज ऊर्जा सबसे अधिक होती है। जैसे-जैसे गेंद ऊपर या नीचे जाती है, उसमें स्थितिज और गतिज ऊर्जा का संयोजन होता है।
यांत्रिक ऊर्जा - यह वह ऊर्जा है जो किसी वस्तु की गति या स्थान से उत्पन्न होती है। यांत्रिक ऊर्जा गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा का योग होती है। उदाहरण: यांत्रिक ऊर्जा वाली किसी वस्तु में गतिज और स्थितिज ऊर्जा दोनों होती हैं, हालाँकि इनमें से किसी एक रूप की ऊर्जा शून्य के बराबर हो सकती है। एक चलती कार में गतिज ऊर्जा होती है। यदि आप कार को पहाड़ पर ले जाते हैं, तो उसमें गतिज और स्थितिज ऊर्जा होती है। मेज़ पर रखी एक किताब में स्थितिज ऊर्जा होती है।
रासायनिक ऊर्जा - रासायनिक ऊर्जा वह ऊर्जा है जो परमाणुओं और अणुओं के बंधनों में संचित होती है। जब यह रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, तो यह ऊर्जा मुक्त होती है। हम अपनी कार चलाने के लिए ईंधन (पेट्रोल/डीज़ल) के रूप में रासायनिक ऊर्जा का उपयोग करते हैं। बैटरी, बायोमास, तेल, प्राकृतिक गैस और कोयला संचित रासायनिक ऊर्जा के उदाहरण हैं। भोजन भी संचित रासायनिक ऊर्जा का एक अच्छा उदाहरण है। यह ऊर्जा पाचन के दौरान मुक्त होती है।
विद्युत ऊर्जा - इलेक्ट्रॉन नामक सूक्ष्म आवेशित कणों द्वारा उत्पन्न ऊर्जा। बिजली का एक बोल्ट विद्युत ऊर्जा का एक रूप है। हमारे लगभग सभी उपकरण जैसे लैपटॉप, कॉफ़ी मशीन, मोबाइल फ़ोन, वैक्यूम क्लीनर और टेलीविज़न बिजली से चलते हैं।
ऊष्मा ऊर्जा - इसे ऊष्मीय ऊर्जा भी कहते हैं। आग से उत्पन्न ऊर्जा ऊष्मीय ऊर्जा होती है। यह दो प्रणालियों के बीच तापमान के अंतर को दर्शाती है। जैसा कि हम जानते हैं, पदार्थ अणुओं से बना होता है। जब हम पदार्थ का तापमान बढ़ाते हैं, तो कण तेज़ी से कंपन करते हैं। ऊष्मा ऊर्जा वह ऊर्जा है जो पदार्थ के तापमान से उत्पन्न होती है। एक कप गर्म कॉफ़ी, बिजली या गैस के चूल्हे, रूम हीटर आदि ऊष्मीय ऊर्जा के उदाहरण हैं।
प्रकाश ऊर्जा - इसे विकिरण ऊर्जा भी कहते हैं। पृथ्वी को अपनी अधिकांश ऊर्जा सूर्य के प्रकाश से प्राप्त होती है। पौधे सूर्य से प्रकाश ऊर्जा प्राप्त करते हैं और उसे रासायनिक ऊर्जा (भोजन) में परिवर्तित करते हैं जो उनके विकास में सहायक होती है, इसे प्रकाश संश्लेषण कहते हैं।
ध्वनि ऊर्जा - हम जितनी ज़ोर से चिल्लाते हैं, उतनी ही ज़्यादा ध्वनि ऊर्जा का इस्तेमाल करते हैं। आप जो कुछ भी सुनते हैं, वह ध्वनि ऊर्जा है। हमारी आवाज़ों के अलावा, ध्वनि ऊर्जा के और भी कई उदाहरण हैं: ताली बजाना, गिटार बजाना, कुत्तों का भौंकना, वगैरह।
परमाणु ऊर्जा - परमाणुओं के नाभिक में परमाणु ऊर्जा संग्रहित होती है। यह ऊर्जा नाभिकों के संयोजन (संलयन) या विखंडन (विखंडन) से मुक्त होती है। उदाहरण: परमाणु विखंडन, परमाणु संलयन और परमाणु क्षय परमाणु ऊर्जा के उदाहरण हैं। परमाणु विस्फोट और परमाणु संयंत्र से प्राप्त ऊर्जा इस प्रकार की ऊर्जा के विशिष्ट उदाहरण हैं। परमाणु ऊर्जा संयंत्र बिजली उत्पन्न करने के लिए यूरेनियम परमाणुओं के नाभिकों को विभाजित करते हैं।
विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा - विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा या विकिरण ऊर्जा प्रकाश या विद्युत चुम्बकीय तरंगों से प्राप्त ऊर्जा है। उदाहरण: प्रकाश के किसी भी रूप में विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा होती है, जिसमें स्पेक्ट्रम के वे भाग भी शामिल हैं जिन्हें हम देख नहीं सकते। रेडियो, गामा, एक्स-रे, माइक्रोवेव और पराबैंगनी प्रकाश विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के कुछ उदाहरण हैं।
गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा - गुरुत्वाकर्षण से जुड़ी ऊर्जा में दो वस्तुओं के बीच उनके द्रव्यमान के आधार पर आकर्षण शामिल होता है। यह यांत्रिक ऊर्जा के आधार के रूप में काम कर सकती है, जैसे किसी शेल्फ पर रखी वस्तु की स्थितिज ऊर्जा या पृथ्वी की परिक्रमा कर रहे चंद्रमा की गतिज ऊर्जा। उदाहरण: गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा वायुमंडल को पृथ्वी से जोड़े रखती है।
आयनन ऊर्जा - यह ऊर्जा का वह रूप है जो इलेक्ट्रॉनों को उसके परमाणु, आयन या अणु के नाभिक से बाँधती है। उदाहरण: किसी परमाणु की प्रथम आयनन ऊर्जा, एक इलेक्ट्रॉन को पूरी तरह से हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा होती है। द्वितीय आयनन ऊर्जा, दूसरे इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा होती है और यह पहले इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा से अधिक होती है।
ऊर्जा संरक्षण का नियम कहता है कि ऊर्जा का न तो सृजन किया जा सकता है और न ही विनाश, बल्कि इसे केवल एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता है। इसका एक उदाहरण भोजन में मौजूद रासायनिक ऊर्जा है जो गति करने पर गतिज ऊर्जा में बदल जाती है।
द्रव्यमान का ऊर्जा से गहरा संबंध है। द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच तुल्यता के परिणामस्वरूप, द्रव्यमान वाली किसी भी स्थिर वस्तु में एक समतुल्य ऊर्जा होती है जिसे विराम ऊर्जा कहते हैं। विराम द्रव्यमान किसी स्थिर पिंड के द्रव्यमान को दर्शाता है। विराम ऊर्जा से अधिक पिंड में ऊर्जा की वृद्धि वस्तु के कुल द्रव्यमान को बढ़ा देगी। उदाहरण: किसी वस्तु को गर्म करने से ऊर्जा में वृद्धि होती है जिसे द्रव्यमान में मामूली वृद्धि के रूप में मापा जा सकता है।
नवीकरणीय ऊर्जा
नवीकरणीय ऊर्जा उन स्रोतों से उत्पन्न ऊर्जा है जो मानव जीवनकाल में समाप्त नहीं होतीं या जिनकी पुनःपूर्ति की जा सकती है। इसके सबसे आम उदाहरणों में पवन, सौर, भूतापीय, बायोमास और जल विद्युत शामिल हैं।
सौर ऊर्जा सूर्य से प्राप्त होने वाली ऊर्जा के प्रकार को संदर्भित करती है। इसे विद्युत, ऊष्मा और रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सौर पैनलों का उपयोग सौर ऊर्जा को अवशोषित करने और फिर उसे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। इस ऊर्जा का उपयोग प्रकाश या तापन के लिए किया जा सकता है। सौर ऊर्जा का उपयोग मोबाइल फ़ोन जैसे विद्युत उपकरणों में भी किया जाता है। यह ऊर्जा प्रकार दुनिया के उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है, जहाँ इसका उपयोग पारंपरिक रूप से कॉफ़ी, मक्का और चावल जैसी फसलों को सुखाने के लिए किया जाता रहा है। इस प्रकार की ऊर्जा के कुछ लाभ यह हैं कि यह सस्ती, अक्षय है, इसके स्रोतों की एक विस्तृत श्रृंखला है और यह एक स्वच्छ ऊर्जा स्रोत है।
पवन ऊर्जा से तात्पर्य हवा से प्राप्त ऊर्जा से है। पवन चक्कियों का उपयोग पवन ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है जिसका उपयोग विभिन्न तरीकों से किया जा सकता है। इनमें बिजली पैदा करना, अनाज पीसना और पानी पंप करना शामिल है। सदियों से, पवन ऊर्जा का उपयोग समुद्री जहाजों जैसे ढो और जहाजों को चलाने के लिए किया जाता रहा है। खुले भूभाग वाले क्षेत्र पवन ऊर्जा के प्रमुख संभावित क्षेत्र हैं।
जल से प्राप्त ऊर्जा को जल-विद्युत कहते हैं। यह तब उत्पन्न होती है जब जल गतिमान होता है। तेज़ गति से बहते जल में अत्यधिक गतिज ऊर्जा होती है जो कार्य कर सकती है। उदाहरण के लिए, जल के बल का उपयोग अनाज पीसने वाली चक्कियों को चलाने के लिए किया जा सकता है। इस ऊर्जा का उपयोग जल-विद्युत उत्पन्न करने वाले टर्बाइनों को चलाने के लिए भी किया जाता है।
गैर-नवीकरणीय ऊर्जा
इसके विपरीत, गैर-नवीकरणीय ऊर्जा वह ऊर्जा है जो उन स्रोतों से आती है जो हमारे जीवनकाल में समाप्त हो जाएँगे या जिनकी पुनः पूर्ति नहीं हो पाएगी। गैर-नवीकरणीय ऊर्जा के अधिकांश स्रोत जीवाश्म ईंधन हैं, जैसे कोयला, गैस और तेल।
पेट्रोलियम, पशु और वनस्पति पदार्थों से प्राप्त तरल और गैसीय हाइड्रोकार्बन को कहते हैं, जिन्हें अवसादी चट्टानों के भीतर जमा, संपीड़ित और परिवर्तित किया जाता है। पेट्रोलियम के शोधन के बाद, विभिन्न उत्पाद प्राप्त होते हैं। इन उत्पादों में पेट्रोल (गैसोलीन), विमानन ईंधन, स्नेहक, मिट्टी का तेल और बिटुमेन शामिल हैं। इन उत्पादों का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जाता है। औद्योगिक डीज़ल का उपयोग उद्योगों में भट्टियों और बॉयलरों में, वाहनों, जहाजों, लोकोमोटिव इंजनों और मशीनरी के लिए ईंधन बनाने के लिए किया जाता है।
कोयला एक भूरी या काली चट्टान है, जो मुख्यतः लाखों वर्ष पहले वनस्पति पदार्थों के संपीडन से बने कार्बन से बनी है। भूतापीय ऊर्जा, जलविद्युत और पेट्रोलियम की खोज के साथ हाल के वर्षों में ऊर्जा के स्रोत के रूप में कोयले का उपयोग कम हो गया है।
प्राकृतिक गैस एक प्रकार की गैस है जो भूमिगत और कच्चे तेल की ऊपरी परतों पर बनती है, लेकिन यह अपने आप भी उत्पन्न हो सकती है। इसका उपयोग मुख्यतः उद्योगों में तापन और घरेलू उद्देश्यों के लिए, जैसे कि हीटिंग, प्रकाश और खाना पकाने के लिए किया जाता है।
