W codziennych rozmowach często używamy słowa „energia” . Codziennie wykorzystujemy wiele różnych form energii, aby się poruszać, rozmawiać, gotować, skakać, a także włączać światło, ogrzewanie, muzykę i telewizor. W tej lekcji poznamy energię i jej różne formy w sytuacjach, których doświadczamy w życiu codziennym.
Zaczynajmy.
Energia sprawia, że rzeczy się dzieją. Za każdym razem, gdy coś się porusza, dzieje się to dzięki energii. Za każdym razem, gdy coś się nagrzewa, dzieje się to dzięki energii. Za każdym razem, gdy coś wydaje dźwięk, dzieje się to dzięki energii. Używamy energii do myślenia, zabawy i rozmowy. Właściwie, za każdym razem, gdy cokolwiek robimy, używamy energii!
Używamy energii do ogrzewania i chłodzenia naszych domów, szkół i biur. Używamy jej do zasilania oświetlenia i urządzeń. Energia sprawia, że nasze pojazdy się poruszają, samoloty latają, łodzie pływają, a maszyny działają.
Wszystkie żywe organizmy również potrzebują energii. Rośliny wykorzystują światło słoneczne do wzrostu. Zwierzęta i ludzie jedzą rośliny i wykorzystują zgromadzoną energię. Pokarm jest paliwem zaspokajającym zapotrzebowanie energetyczne naszego organizmu.
Czy zauważyłeś, że po intensywnym meczu piłki nożnej (lub innym sporcie) robi ci się gorąco? Dzieje się tak, ponieważ twoje ciało wytwarza energię cieplną.
Mówiąc najprościej, energia to zdolność do wykonywania pracy. Energia występuje w wielu różnych formach i wykorzystujemy ją na wiele sposobów. Przyjrzyjmy się kilku przykładom z naszego codziennego życia:
Co ma większą energię – samolot lecący po niebie czy książka spadająca ze stołu? Samolot lecący po niebie ma większą energię, ponieważ porusza się znacznie szybciej niż książka, a także dlatego, że jest od niej cięższy.
Czy gorąca czekolada stygnie, zyskując czy tracąc energię cieplną? Traci energię cieplną, ponieważ mleko oddaje swoją energię cieplną (lub ciepło) do otoczenia i nie pochłania już energii cieplnej ze wzrostu temperatury pieca.
Jak myślisz, jak ekspresy do kawy i telewizory zaczynają działać po podłączeniu do gniazdka? Dzieje się tak, ponieważ energia elektryczna przepływa liniami energetycznymi i zasila wiele różnych urządzeń.
Który dźwięk ma większą energię – klakson ciężarówki czy fontanna z wodą? Klakson ma większą energię, ponieważ im coś jest głośniejsze, tym więcej energii ma.
Energię posiadaną przez obiekt mierzy się jego zdolnością do wykonania pracy. Jednostką energii jest zatem ta sama jednostka, co praca, czyli dżul (J). 1 dżul (J) to energia potrzebna do wykonania pracy o wartości 1 dżula. Dżul odnosi się do ilości energii przekazanej ciału poprzez pracę potrzebną do przesunięcia go na odległość 1 m przy sile 1 N. Używa się większej jednostki energii, zwanej kilodżulem (kJ). 1 kJ = 1000 J.
Energia kinetyczna – Wszystkie poruszające się obiekty wykorzystują energię kinetyczną. Na przykład latanie samolotem, rzucanie piłkami, bieganie, jazda na rowerze itp. są przykładami energii kinetycznej. Poruszający się samochód na drodze ma energię kinetyczną, podczas gdy zaparkowany samochód jej nie ma. Oznacza to, że energia kinetyczna istnieje tylko wtedy, gdy ciało lub obiekt się porusza. Gdy obiekt jest w spoczynku, jego energia kinetyczna spada do zera. Oznacza to, że gdy ruch = 0, energia kinetyczna = 0. Jej wartość waha się od zera do wartości dodatniej. Przykład: dziecko huśtające się na huśtawce. Niezależnie od tego, czy huśtawka porusza się do przodu, czy do tyłu, wartość energii kinetycznej nigdy nie jest ujemna.
Energia potencjalna – to energia położenia obiektu. Przykład: Kiedy dziecko huśtające się na huśtawce dociera do szczytu łuku, ma maksymalną energię potencjalną. Gdy jest bliżej ziemi, jego energia potencjalna jest minimalna (0). Innym przykładem jest rzucanie piłki w powietrze. W najwyższym punkcie energia potencjalna jest największa. Gdy piłka unosi się lub opada, ma kombinację energii potencjalnej i kinetycznej.
Energia mechaniczna – to energia wynikająca z ruchu lub położenia obiektu. Energia mechaniczna to suma energii kinetycznej i potencjalnej. Przykłady: Obiekt posiadający energię mechaniczną ma zarówno energię kinetyczną, jak i potencjalną, chociaż energia jednej z nich może być równa zeru. Poruszający się samochód ma energię kinetyczną. Jeśli wjedziesz samochodem na górę, będzie miał energię kinetyczną i potencjalną. Książka leżąca na stole ma energię potencjalną.
Energia chemiczna – Energia chemiczna to energia magazynowana w wiązaniach atomów i cząsteczek. Podczas reakcji chemicznej energia ta jest uwalniana. Wykorzystujemy energię chemiczną w samochodzie w postaci paliwa (benzyny/oleju napędowego) do jazdy. Akumulatory, biomasa, ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel to przykłady magazynowanej energii chemicznej. Żywność również jest dobrym przykładem magazynowanej energii chemicznej. Ta energia jest uwalniana podczas trawienia.
Energia elektryczna – energia generowana przez maleńkie naładowane cząstki zwane elektronami. Piorun jest jedną z form energii elektrycznej. Prawie wszystkie nasze urządzenia, takie jak laptopy, ekspresy do kawy, telefony komórkowe, odkurzacze i telewizory, działają z wykorzystaniem energii elektrycznej.
Energia cieplna – znana również jako energia cieplna. Energia pochodząca z pożaru to energia cieplna. Odzwierciedla ona różnicę temperatur między dwoma systemami. Jak wiemy, materia składa się z cząsteczek. Gdy podnosimy temperaturę materii, cząsteczki wibrują szybciej. Energia cieplna to energia pochodząca z temperatury materii. Filiżanka gorącej kawy, kuchenka elektryczna lub gazowa, grzejnik pokojowy itp. to przykłady energii cieplnej.
Energia świetlna – znana również jako energia promieniowania. Ziemia czerpie dużą część energii ze światła słonecznego. Rośliny pobierają energię świetlną ze słońca i przekształcają ją w energię chemiczną (pokarm), która wspomaga ich wzrost – proces ten nazywa się fotosyntezą.
Energia dźwiękowa – Im głośniej krzyczymy, tym więcej energii dźwiękowej zużywamy. Wszystko, co słyszysz, to energia dźwiękowa. Oprócz naszych głosów, istnieje wiele innych przykładów energii dźwiękowej: klaskanie w dłonie, gra na gitarze, szczekanie psów itp.
Energia jądrowa – Energia jądrowa jest magazynowana w jądrach atomów. Energia ta jest uwalniana, gdy jądra łączą się (synteza jądrowa) lub rozszczepiają (rozszczepienie). Przykład: Rozszczepienie jądrowe, synteza jądrowa i rozpad jądra atomowego to przykłady energii jądrowej. Detonacja atomu i energia z elektrowni jądrowej to konkretne przykłady tego rodzaju energii. Elektrownie jądrowe rozszczepiają jądra atomów uranu, wytwarzając energię elektryczną.
Energia elektromagnetyczna – Energia elektromagnetyczna, czyli energia promieniowania, to energia pochodząca ze światła lub fal elektromagnetycznych. Przykład: Każda forma światła zawiera energię elektromagnetyczną, w tym części widma, których nie widzimy. Przykładami energii elektromagnetycznej są fale radiowe, gamma, rentgenowskie, mikrofale i promieniowanie ultrafioletowe.
Energia grawitacyjna – Energia związana z grawitacją to przyciąganie między dwoma obiektami w oparciu o ich masę. Może służyć jako podstawa energii mechanicznej, takiej jak energia potencjalna obiektu umieszczonego na półce lub energia kinetyczna Księżyca na orbicie wokół Ziemi. Przykład: Energia grawitacyjna utrzymuje atmosferę na Ziemi.
Energia jonizacji – to forma energii, która wiąże elektrony z jądrem atomu, jonu lub cząsteczki. Przykład: Pierwsza energia jonizacji atomu to energia potrzebna do całkowitego usunięcia jednego elektronu. Druga energia jonizacji to energia potrzebna do usunięcia drugiego elektronu i jest większa niż energia potrzebna do usunięcia pierwszego elektronu.
Prawo zachowania energii głosi, że energii nie da się wytworzyć ani zniszczyć, a jedynie przekształcić z jednej formy w drugą. Przykładem jest energia chemiczna zawarta w jedzeniu, która przekształca się w energię kinetyczną, gdy się poruszamy.
Masa jest ściśle związana z energią. W wyniku równoważności masy i energii, każdy nieruchomy obiekt mający masę ma równoważną ilość energii, która jest nazywana energią spoczynkową. Masa spoczynkowa odnosi się do masy ciała nieruchomego. Zwiększenie energii ciała ponad energię spoczynkową spowoduje wzrost całkowitej masy obiektu. Przykład: ogrzanie obiektu prowadzi do wzrostu energii, który można zmierzyć jako niewielki wzrost masy.
ENERGIA ODNAWIALNA
Energia odnawialna to energia produkowana ze źródeł, które nie wyczerpują się lub mogą zostać uzupełnione w ciągu życia człowieka. Do najczęstszych przykładów należą energia wiatrowa, słoneczna, geotermalna, biomasa i energia wodna.
Energia słoneczna odnosi się do rodzaju energii pochodzącej ze słońca. Można ją przekształcić w energię elektryczną, cieplną i chemiczną. Na przykład panele słoneczne służą do pozyskiwania energii słonecznej, a następnie przekształcania jej w energię elektryczną. Energia ta może być wykorzystywana do oświetlenia lub ogrzewania. Energia słoneczna jest również wykorzystywana w urządzeniach elektrycznych, takich jak telefony komórkowe. Ten rodzaj energii jest bardzo powszechny w regionach tropikalnych świata, gdzie tradycyjnie wykorzystywano ją do suszenia upraw, takich jak kawa, kukurydza i ryż. Do zalet tego rodzaju energii należą: taniość, niewyczerpalność, szeroki zakres źródeł i czyste źródło energii.
Energia wiatrowa odnosi się do energii wiatru. Wiatraki służą do przekształcania energii wiatru w energię mechaniczną, którą można wykorzystać na różne sposoby. Należą do nich m.in. wytwarzanie energii elektrycznej, mielenie zbóż i pompowanie wody. Od wieków energia wiatru jest wykorzystywana do napędzania statków oceanicznych, takich jak dau i statki. Obszary o otwartych przestrzeniach to główne potencjalne obszary dla energii wiatrowej.
Energia pozyskiwana z wody nazywana jest energią wodną. Powstaje, gdy woda jest w ruchu. Woda płynąca z dużą prędkością ma dużą energię kinetyczną, która może wykonywać pracę. Na przykład, siła wody może być wykorzystana do napędzania młynów do mielenia ziarna. Energia ta jest również wykorzystywana do napędzania turbin generujących energię wodną.
ENERGIA NIEODNAWIALNA
Natomiast energia nieodnawialna to energia pochodząca ze źródeł, które wyczerpią się lub nie zostaną uzupełnione za naszego życia. Większość źródeł energii nieodnawialnej to paliwa kopalne, takie jak węgiel, gaz i ropa naftowa.
Ropa naftowa to ciekłe i gazowe węglowodory pochodzące z materii zwierzęcej i roślinnej, które zostały osadzone, sprężone i przekształcone w te formy w skałach osadowych. Po rafinacji ropy naftowej uzyskuje się różne produkty. Należą do nich benzyna, paliwo lotnicze, smary, nafta i bitum. Produkty te są wykorzystywane do różnych celów. Przemysłowy olej napędowy jest stosowany w przemyśle w piecach i kotłach do produkcji paliwa do pojazdów, statków, lokomotyw i maszyn.
Węgiel to brązowa lub czarna skała, zbudowana głównie z węgla, który powstał miliony lat temu w wyniku kompresji materii roślinnej. Wykorzystanie węgla jako źródła energii zmniejszyło się w ostatnich latach wraz z odkryciem energii geotermalnej, hydroelektrowni i ropy naftowej.
Gaz ziemny to rodzaj gazu, który powstaje pod ziemią i w górnych warstwach ropy naftowej, ale może również występować samodzielnie. Jest wykorzystywany w przemyśle, głównie do ogrzewania oraz w gospodarstwach domowych do ogrzewania, oświetlenia i gotowania.
