Tunatumia neno 'nishati' sana katika mazungumzo yetu ya kila siku. Kuna aina nyingi tofauti za nishati tunazotumia kila siku kusonga, kuzungumza, kupika, kuruka, au kuwasha mwanga, joto, muziki na TV. Katika somo hili, tutajifunza kuhusu nishati na aina zake mbalimbali na hali unazopitia katika maisha ya kila siku.
Tuanze.
Nishati hufanya mambo kutokea. Kila wakati kitu kinaposonga, ni kwa sababu ya nishati. Kila wakati kitu kinapata joto, ni kwa sababu ya nishati. Kila wakati kitu kinatoa sauti, ni kwa sababu ya nishati. Tunatumia nguvu kufikiria, kucheza na kuzungumza. Kwa kweli, kila wakati tunapofanya chochote, tunatumia nishati!
Tunatumia nishati kupasha joto na kupoza nyumba, shule na ofisi zetu. Tunatumia nishati kwa taa na vifaa. Nishati hufanya magari yetu kusonga, ndege kuruka, boti kusafiri, na mashine kukimbia.
Viumbe vyote vilivyo hai vinahitaji nishati pia. Mimea hutumia mwanga kutoka jua kukua. Wanyama na watu hula mimea na kutumia nishati iliyohifadhiwa. Chakula ni mafuta kwa mahitaji ya nishati ya mwili wetu.
Je, umeona baada ya mchezo mkali wa soka (au mchezo wowote), jinsi mwili wako unavyohisi joto? Ni kwa sababu mwili wako hutoa nishati ya joto.
Kwa maneno rahisi, nishati ni uwezo wa kufanya kazi. Nishati huja kwa njia nyingi tofauti na tunaitumia kwa njia nyingi. Wacha tuangalie mifano kadhaa kutoka kwa maisha yetu ya kila siku:
Ni ipi ina nguvu zaidi - ndege inayoruka angani au kitabu kinachoanguka kutoka kwa meza? Ndege inayoruka angani ina nguvu nyingi kwa sababu inasafiri kwa kasi zaidi kuliko kitabu, na pia kwa sababu ndege ni nzito kuliko kitabu.
Chokoleti ya moto inapopoa, inapata au kupoteza nishati ya joto? Hupoteza nishati ya joto kwa sababu maziwa yanatoa nishati yake ya joto (au joto) kwa mazingira na hainyonyi tena nishati ya joto kutoka kwa joto la kupanda kwa jiko.
Unafikiri mashine za kahawa au TV huanza kufanya kazi vipi wakati zimechomekwa kwenye soketi? Hii ni kwa sababu nishati ya umeme husafiri kupitia njia za umeme na kisha kutoa nishati kwa mashine nyingi tofauti kufanya kazi.
Ni sauti gani ina nishati zaidi - honi ya lori au chemchemi ya maji? Pembe ina nguvu zaidi kwa sababu kadiri kitu kinavyosikika zaidi ndivyo nishati ya sauti inavyozidi kuwa nayo.
Nishati inayomilikiwa na kitu hupimwa kwa kuzingatia uwezo wake wa kufanya kazi. Kwa hivyo, kitengo cha nishati ni sawa na ile ya kazi, na hiyo ni Joule (J). Joule 1 (J) ni nishati inayohitajika kufanya joule 1 ya kazi. Joule inarejelea kiasi hicho cha nishati inayopitishwa kwa mwili kwa kufanya kazi ili kuisogeza kwa umbali wa 1m dhidi ya nguvu ya 1N. Kitengo kikubwa cha nishati kinachoitwa kilojoule (kJ) kinatumika. 1 kJ = 1000 J.
Nishati ya kinetic - Vitu vyovyote vinavyosonga hutumia nishati ya kinetic. Kwa mfano, kuruka ndege angani, kurusha mipira, kukimbia, baiskeli, n.k. ni mifano ya nishati ya kinetic. Gari linalotembea barabarani lina nishati ya kinetic ilhali lililoegeshwa halina nishati ya kinetic. Inamaanisha nishati ya kinetic inapatikana tu wakati mwili au kitu kinatembea. Wakati kitu kinapumzika, nishati yake ya kinetic inakuwa sifuri. Hii inamaanisha, wakati Mwendo = 0, Nishati ya Kinetic = 0. Inaanzia sifuri hadi thamani chanya. Mfano: Mtoto anayebembea kwenye bembea. Haijalishi ikiwa swing inasonga mbele au nyuma, thamani ya nishati ya kinetic sio hasi kamwe.
Nishati inayowezekana - Ni nishati ya nafasi ya kitu. Mfano: Wakati mtoto akibembea kwenye bembea anafika juu ya upinde, ana uwezo wa juu zaidi wa nishati. Anapokuwa karibu na ardhi, nishati yake inayowezekana iko katika kiwango cha chini kabisa (0). Mfano mwingine ni kurusha mpira hewani. Katika hatua ya juu, nishati inayowezekana ni kubwa zaidi. Mpira unapoinuka au kushuka huwa na mchanganyiko wa uwezo na nishati ya kinetic.
Nishati ya mitambo - Hii ni nishati inayotokana na harakati au eneo la kitu. Nishati ya mitambo ni jumla ya nishati ya kinetic na nishati inayowezekana. Mifano: Kitu chenye nishati ya kimakanika kina nishati ya kinetiki na inayoweza kutokea, ingawa nishati ya mojawapo ya miundo inaweza kuwa sawa na sifuri. Gari inayotembea ina nishati ya kinetic. Ikiwa unasogeza gari juu ya mlima, ina nishati ya kinetic na inayowezekana. Kitabu kilichoketi kwenye meza kina nishati inayowezekana.
Nishati ya Kemikali - Nishati ya kemikali ni nishati ambayo huhifadhiwa kwenye vifungo vya atomi na molekuli. Wakati mmenyuko huu wa kemikali hutokea, nishati hii hutolewa. Tunatumia nishati ya kemikali kwenye gari letu kwa njia ya mafuta (petroli/dizeli) kuendesha gari. Betri, majani, mafuta, gesi asilia, na makaa ya mawe ni mifano ya nishati ya kemikali iliyohifadhiwa. Chakula pia ni mfano mzuri wa nishati ya kemikali iliyohifadhiwa. Hii ni nishati iliyotolewa wakati wa digestion.
Nishati ya umeme - Nishati inayozalishwa na chembe ndogo zinazochajiwa zinazoitwa elektroni. Radi ni aina moja ya nishati ya umeme. Takriban vifaa vyetu vyote kama vile kompyuta za mkononi, mashine za kahawa, simu za mkononi, visafishaji vya utupu, na televisheni hufanya kazi kwa kutumia umeme.
Nishati ya joto - Pia inajulikana kama nishati ya joto. Nishati inayotokana na moto ni nishati ya joto. Inaonyesha tofauti ya joto kati ya mifumo miwili. Kama tunavyojua jambo hilo linaundwa na molekuli. Tunapoinua halijoto ya maada chembe hutetemeka kwa kasi zaidi. Nishati ya joto ni nishati inayotokana na joto la maada. Kikombe cha kahawa ya moto, jiko la umeme au gesi, hita ya chumba, nk ni mifano ya nishati ya joto.
Nishati ya mwanga - Hii pia inajulikana kama Nishati ya Radiant. Dunia inapata nishati yake nyingi kutoka kwa mwanga wa Jua. Mimea huchukua nishati ya mwanga kutoka kwa jua na kuibadilisha kuwa nishati ya kemikali (chakula) ambayo huisaidia kukua, hii inajulikana kama photosynthesis.
Nishati ya sauti - Kadiri tunavyopiga kelele, ndivyo tunavyotumia nishati ya sauti. Kitu chochote unachosikia ni nishati ya sauti. Mbali na sauti zetu, kuna mifano mingine mingi ya nishati ya sauti: kupiga mikono yako, kucheza gitaa, mbwa wa barking, nk.
Nishati ya nyuklia - Nishati ya nyuklia huhifadhiwa kwenye kiini cha atomi. Nishati hii hutolewa wakati viini vimeunganishwa (kuunganishwa) au kupasuliwa (fission). Mfano: Mgawanyiko wa nyuklia, muunganisho wa nyuklia, na uozo wa nyuklia ni mifano ya nishati ya nyuklia. Mlipuko wa atomiki na nguvu kutoka kwa mtambo wa nyuklia ni mifano maalum ya aina hii ya nishati. Mitambo ya nyuklia iligawanya viini vya atomi za urani ili kutoa umeme.
Nishati ya sumakuumeme - Nishati ya sumakuumeme au nishati inayoangaza ni nishati kutoka kwa mawimbi ya mwanga au sumakuumeme. Mfano: Aina yoyote ya mwanga ina nishati ya sumakuumeme, ikiwa ni pamoja na sehemu za masafa ambazo hatuwezi kuona. Redio, gamma, eksirei, microwaves, na mwanga wa urujuanimno ni baadhi ya mifano ya nishati ya sumakuumeme.
Nishati ya mvuto - Nishati inayohusishwa na mvuto inahusisha mvuto kati ya vitu viwili kulingana na wingi wao. Inaweza kutumika kama msingi wa nishati ya kiufundi, kama vile nishati inayowezekana ya kitu kilichowekwa kwenye rafu au nishati ya kinetic ya Mwezi katika mzunguko wa Dunia. Mfano: Nishati ya uvutano hushikilia angahewa kwa Dunia.
Nishati ya ionization - Ni aina ya nishati ambayo hufunga elektroni kwenye kiini cha atomi yake, ioni, au molekuli. Mfano: Nishati ya kwanza ya ionization ya atomi ni nishati inayohitajika ili kuondoa elektroni moja kabisa. Nishati ya pili ya ionization ni nishati ya kuondoa elektroni ya pili na ni kubwa zaidi kuliko ile inayohitajika kuondoa elektroni ya kwanza.
Sheria ya Uhifadhi wa Nishati inasema kwamba nishati haiwezi kamwe kuundwa au kuharibiwa, lakini inaweza tu kubadilishwa kutoka fomu moja hadi nyingine. Mfano mmoja ni nishati ya kemikali katika chakula ambayo inageuzwa kuwa nishati ya kinetic tunaposonga.
Misa inahusiana kwa karibu na nishati. Kama matokeo ya usawa kati ya misa na nishati, kitu chochote kisichosimama chenye misa kimepata kiwango sawa cha nishati ambacho kinajulikana kama nishati iliyobaki. Misa ya kupumzika inarejelea wingi wa mwili uliosimama. Ongezeko la nishati kwa mwili juu ya nishati iliyobaki itainua jumla ya wingi wa kitu. Mfano: inapokanzwa kitu husababisha ongezeko la nishati ambayo inaweza kupimika kama ongezeko ndogo la molekuli.
NISHATI MBADALA
Nishati mbadala ni nishati inayozalishwa kutoka kwa vyanzo ambavyo havipungui au vinaweza kujazwa tena katika maisha ya mwanadamu. Mifano ya kawaida ni pamoja na upepo, jua, jotoardhi, majani, na umeme wa maji.
Nishati ya jua inahusu aina ya nishati kutoka kwa jua. inaweza kubadilishwa kuwa nishati ya umeme, joto na kemikali. Kwa mfano, paneli za jua hutumiwa kugonga nishati ya jua na kisha kuibadilisha kuwa nishati ya umeme. Nishati hii inaweza kutumika kwa taa au joto. Nishati ya jua pia inatumika katika vifaa vya umeme kama simu za rununu. Aina hii ya nishati ni nyingi sana katika maeneo ya kitropiki ya dunia ambapo imekuwa ikitumika kijadi kukausha mazao kama vile kahawa, mahindi na mpunga. Baadhi ya faida za aina hii ya nishati ni kwamba ni ya bei nafuu, haina mwisho, ina vyanzo mbalimbali na ni chanzo safi cha nishati.
Nishati ya upepo inahusu nishati kutoka kwa upepo. Vinu vya upepo hutumiwa kubadilisha nishati ya upepo kuwa nishati ya mitambo ambayo inaweza kutumika kwa njia tofauti. Hizi ni pamoja na kuzalisha umeme, kusaga nafaka na kusukuma maji. Kwa karne nyingi, nishati ya upepo imekuwa ikitumiwa kusukuma vyombo vya baharini kama vile jahazi na meli. Maeneo ambayo yana mandhari wazi ni maeneo yenye uwezo mkubwa na nishati ya upepo.
Nishati inayopatikana kutoka kwa maji inaitwa hydro-power. Inatolewa wakati maji yanaposonga. Maji yanayotiririka kwa kasi ya juu yana nishati nyingi ya kinetic ambayo inaweza kufanya kazi. Kwa mfano, nguvu ya maji inaweza kutumika kugeuza vinu vya kusaga nafaka. Nishati hiyo pia hutumika kugeuza turbines zinazozalisha umeme wa maji.
NISHATI ISIYOWEZA UPYA
Kinyume chake, nishati isiyoweza kurejeshwa ni nishati inayotoka kwa vyanzo ambavyo vitaisha au havitajazwa tena katika maisha yetu. Vyanzo vingi vya nishati isiyoweza kurejeshwa ni nishati ya kisukuku, kama vile makaa ya mawe, gesi na mafuta.
Petroli inarejelea hidrokaboni kioevu na gesi kutoka kwa viumbe vya wanyama na mimea ambavyo viliwekwa chini, kukandamizwa, na kugeuzwa kuwa fomu hizi ndani ya miamba ya sedimentary. Baada ya mafuta ya petroli kusafishwa, bidhaa tofauti hupatikana. Bidhaa hizi ni pamoja na petroli (petroli), mafuta ya anga, mafuta ya taa, mafuta ya taa na lami. Bidhaa hizi hutumiwa kwa madhumuni tofauti. Dizeli ya viwandani hutumika katika tasnia ya tanuru na boilers, kuzalisha mafuta kwa magari, meli, injini za treni na mashine.
Makaa ya mawe ni mwamba wa kahawia au mweusi, hasa unaoundwa na kaboni iliyotengenezwa mamilioni ya miaka iliyopita kutokana na mgandamizo wa vitu vya mimea. Matumizi ya makaa ya mawe kama chanzo cha nishati yamepungua katika miaka ya hivi karibuni na ugunduzi wa nishati ya jotoardhi, umeme wa maji, na petroli.
Gesi asilia ni aina ya gesi ambayo huunda chini ya ardhi na kuunda kwenye tabaka za juu za mafuta ghafi lakini pia inaweza kutokea yenyewe. Inatumika katika viwanda hasa kwa ajili ya joto na madhumuni ya ndani kwa ajili ya joto, taa, na kupikia.
