เราใช้คำว่า 'พลังงาน' บ่อยมากในบทสนทนาประจำวันของเรา พลังงานมีหลากหลายรูปแบบที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน ไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนไหว การพูด การทำอาหาร การกระโดด หรือการเปิดไฟ ความร้อน ดนตรี และโทรทัศน์ ในบทเรียนนี้ เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับพลังงานและรูปแบบต่างๆ ของมัน พร้อมกับสถานการณ์ต่างๆ ที่คุณพบเจอในชีวิตประจำวัน
มาเริ่มกันเลยดีกว่า
พลังงานทำให้สิ่งต่างๆ เกิดขึ้น ทุกครั้งที่บางสิ่งเคลื่อนไหว นั่นเป็นเพราะพลังงาน ทุกครั้งที่บางสิ่งร้อนขึ้น นั่นเป็นเพราะพลังงาน ทุกครั้งที่บางสิ่งส่งเสียง นั่นเป็นเพราะพลังงาน เราใช้พลังงานในการคิด เล่น และพูด อันที่จริง ทุกครั้งที่เราทำอะไร เราก็ใช้พลังงาน!
เราใช้พลังงานเพื่อทำความร้อนและความเย็นให้กับบ้าน โรงเรียน และสำนักงาน เราใช้พลังงานเพื่อแสงสว่างและเครื่องใช้ไฟฟ้า พลังงานทำให้ยานพาหนะของเราเคลื่อนที่ เครื่องบินบิน เรือแล่น และเครื่องจักรทำงาน
สิ่งมีชีวิตทุกชนิดก็ต้องการพลังงานเช่นกัน พืชใช้แสงจากดวงอาทิตย์เพื่อเจริญเติบโต สัตว์และมนุษย์กินพืชและนำพลังงานที่สะสมไว้มาใช้ อาหารคือเชื้อเพลิงสำหรับความต้องการพลังงานของร่างกายเรา
คุณเคยสังเกตไหมว่าหลังจากเล่นฟุตบอลอย่างหนัก (หรือกีฬาอื่นๆ) ร่างกายของคุณรู้สึกร้อน นั่นเป็นเพราะร่างกายของคุณผลิตพลังงานความร้อน
พูดง่ายๆ คือ พลังงานคือความสามารถในการทำงาน พลังงานมีหลายรูปแบบและเราใช้มันได้หลากหลายวิธี ลองมาดูตัวอย่างจากชีวิตประจำวันของเรากัน
อะไรมีพลังงานมากกว่ากัน ระหว่างเครื่องบินที่บินอยู่บนฟ้า กับหนังสือที่หล่นจากโต๊ะ? เครื่องบินที่บินอยู่บนฟ้ามีพลังงานมากกว่า เพราะบินได้เร็วกว่าหนังสือมาก และเครื่องบินก็หนักกว่าหนังสือด้วย
เมื่อช็อกโกแลตร้อนเย็นลง พลังงานความร้อนจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง? พลังงานความร้อนจะสูญเสียไปเนื่องจากนมกำลังปล่อยพลังงานความร้อน (หรือความร้อน) ออกสู่สิ่งแวดล้อม และจะไม่ดูดซับพลังงานความร้อนจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นของเตาอีกต่อไป
คุณคิดว่าเครื่องชงกาแฟหรือทีวีจะเริ่มทำงานอย่างไรเมื่อเสียบปลั๊ก? เพราะพลังงานไฟฟ้าจะวิ่งผ่านสายไฟและส่งพลังงานไปยังเครื่องจักรต่างๆ มากมายเพื่อให้ทำงานได้
เสียงใดมีพลังงานมากกว่ากัน ระหว่างแตรรถบรรทุกกับน้ำพุ? แตรมีพลังงานมากกว่า เพราะยิ่งเสียงดังเท่าไหร่ ก็ยิ่งมีพลังงานเสียงมากขึ้นเท่านั้น
พลังงานที่วัตถุมีวัดจากความสามารถในการทำงาน หน่วยของพลังงานจึงเท่ากับหน่วยของงาน นั่นคือ จูล (J) โดย 1 จูล (J) คือพลังงานที่ต้องใช้ในการทำงาน 1 จูล หนึ่งจูลหมายถึงปริมาณพลังงานที่ส่งผ่านไปยังวัตถุโดยการทำงานเพื่อเคลื่อนที่วัตถุเป็นระยะทาง 1 เมตร ต้านแรง 1 นิวตัน หน่วยพลังงานที่ใหญ่กว่าเรียกว่า กิโลจูล (kJ) จะถูกใช้ 1 กิโลจูล = 1,000 จูล
พลังงานจลน์ - สิ่งของใดๆ ที่กำลังเคลื่อนที่ล้วนใช้พลังงานจลน์ ตัวอย่างเช่น การบินเครื่องบินบนท้องฟ้า การขว้างลูกบอล การวิ่ง การปั่นจักรยาน เป็นต้น ตัวอย่างของพลังงานจลน์คือ รถยนต์ที่กำลังเคลื่อนที่อยู่บนท้องถนนจะมีพลังงานจลน์ ในขณะที่รถยนต์ที่จอดอยู่ไม่มีพลังงานจลน์ หมายความว่าพลังงานจลน์จะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อวัตถุหรือวัตถุกำลังเคลื่อนที่ เมื่อวัตถุหยุดนิ่ง พลังงานจลน์ของวัตถุจะกลายเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่า เมื่อการเคลื่อนที่ = 0 พลังงานจลน์ = 0 จะมีค่าตั้งแต่ศูนย์ไปจนถึงค่าบวก ตัวอย่าง: เด็กกำลังแกว่งชิงช้า ไม่ว่าชิงช้าจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าหรือข้างหลัง ค่าพลังงานจลน์จะไม่เป็นลบ
พลังงานศักย์ – คือพลังงานของตำแหน่งของวัตถุ ตัวอย่าง: เมื่อเด็กที่กำลังแกว่งชิงช้าไปถึงจุดสูงสุดของส่วนโค้ง เธอจะมีพลังงานศักย์สูงสุด เมื่อเด็กอยู่ใกล้พื้น พลังงานศักย์จะน้อยที่สุด (0) อีกตัวอย่างหนึ่งคือการโยนลูกบอลขึ้นไปในอากาศ ที่จุดสูงสุด พลังงานศักย์จะมากที่สุด เมื่อลูกบอลลอยขึ้นหรือลง จะมีพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ผสมกัน
พลังงานกล – พลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่หรือตำแหน่งของวัตถุ พลังงานกลคือผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ ตัวอย่างเช่น วัตถุที่มีพลังงานกลมีทั้งพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ แม้ว่าพลังงานของรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งอาจมีค่าเป็นศูนย์ก็ตาม รถยนต์ที่กำลังเคลื่อนที่มีพลังงานจลน์ หากคุณเคลื่อนย้ายรถขึ้นภูเขา รถจะมีพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ หนังสือที่วางอยู่บนโต๊ะก็มีพลังงานศักย์เช่นกัน
พลังงานเคมี - พลังงานเคมีคือพลังงานที่สะสมอยู่ในพันธะของอะตอมและโมเลกุล เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีนี้ พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมา เราใช้พลังงานเคมีในรถยนต์ของเราในรูปแบบของเชื้อเพลิง (น้ำมันเบนซิน/ดีเซล) เพื่อขับเคลื่อน แบตเตอรี่ ชีวมวล น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน เป็นตัวอย่างของพลังงานเคมีที่สะสมไว้ อาหารก็เป็นตัวอย่างที่ดีของพลังงานเคมีที่สะสมไว้เช่นกัน พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการย่อยอาหาร
พลังงานไฟฟ้า - พลังงานที่เกิดจากอนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุไฟฟ้าที่เรียกว่าอิเล็กตรอน ฟ้าผ่าเป็นพลังงานไฟฟ้ารูปแบบหนึ่ง เครื่องใช้ไฟฟ้าเกือบทั้งหมดของเรา เช่น แล็ปท็อป เครื่องชงกาแฟ โทรศัพท์มือถือ เครื่องดูดฝุ่น และโทรทัศน์ ล้วนทำงานด้วยไฟฟ้า
พลังงานความร้อน – หรือที่รู้จักกันในชื่อพลังงานความร้อน พลังงานที่ได้จากไฟคือพลังงานความร้อน ซึ่งสะท้อนความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองระบบ อย่างที่ทราบกันดีว่าสสารประกอบด้วยโมเลกุล เมื่อเราเพิ่มอุณหภูมิของสสาร อนุภาคจะสั่นสะเทือนเร็วขึ้น พลังงานความร้อนคือพลังงานที่มาจากอุณหภูมิของสสาร ตัวอย่างของพลังงานความร้อน ได้แก่ กาแฟร้อนหนึ่งถ้วย เตาไฟฟ้าหรือเตาแก๊ส เครื่องทำความร้อนในห้อง เป็นต้น
พลังงานแสง - หรือที่รู้จักกันในชื่อพลังงานแผ่รังสี (Radiant Energy) โลกได้รับพลังงานส่วนใหญ่จากแสงอาทิตย์ พืชรับพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์และแปลงเป็นพลังงานเคมี (อาหาร) ซึ่งช่วยให้พืชเจริญเติบโต ซึ่งเรียกว่าการสังเคราะห์แสง
พลังงานเสียง – ยิ่งเรากรีดร้องดังเท่าไหร่ เราก็ยิ่งใช้พลังงานเสียงมากขึ้นเท่านั้น สิ่งที่คุณได้ยินคือพลังงานเสียง นอกจากเสียงพูดของเราแล้ว ยังมีตัวอย่างพลังงานเสียงอื่นๆ อีกมากมาย เช่น เสียงปรบมือ การเล่นกีตาร์ เสียงสุนัขเห่า เป็นต้น
พลังงานนิวเคลียร์ – พลังงานนิวเคลียร์ถูกเก็บไว้ในนิวเคลียสของอะตอม พลังงานนี้จะถูกปลดปล่อยออกมาเมื่อนิวเคลียสรวมตัว (ฟิวชั่น) หรือแยกตัวออกจากกัน (ฟิชชัน) ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาฟิชชัน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน และการสลายตัวของนิวเคลียส ตัวอย่างของพลังงานนิวเคลียร์ ได้แก่ การระเบิดของอะตอมและพลังงานจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะแยกนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า – พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าหรือพลังงานแผ่รังสี คือพลังงานจากแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวอย่าง: แสงทุกรูปแบบมีพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า รวมถึงสเปกตรัมบางส่วนที่เรามองไม่เห็น ตัวอย่างของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ วิทยุ แกมมา รังสีเอกซ์ ไมโครเวฟ และรังสีอัลตราไวโอเลต
พลังงานโน้มถ่วง – พลังงานที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับแรงดึงดูดระหว่างวัตถุสองชิ้นโดยพิจารณาจากมวลของวัตถุนั้นๆ พลังงานนี้สามารถใช้เป็นพื้นฐานของพลังงานกล เช่น พลังงานศักย์ของวัตถุที่วางอยู่บนหิ้ง หรือพลังงานจลน์ของดวงจันทร์ที่โคจรรอบโลก ตัวอย่าง: พลังงานโน้มถ่วงยึดชั้นบรรยากาศไว้กับโลก
พลังงานไอออไนเซชัน – คือพลังงานรูปแบบหนึ่งที่ยึดอิเล็กตรอนเข้ากับนิวเคลียสของอะตอม ไอออน หรือโมเลกุล ตัวอย่าง: พลังงานไอออไนเซชันแรกของอะตอมคือพลังงานที่จำเป็นในการกำจัดอิเล็กตรอนหนึ่งตัวออกไปอย่างสมบูรณ์ พลังงานไอออไนเซชันที่สองคือพลังงานที่จำเป็นในการกำจัดอิเล็กตรอนตัวที่สอง และมีค่ามากกว่าพลังงานที่จำเป็นในการกำจัดอิเล็กตรอนตัวแรกออกไป
กฎการอนุรักษ์พลังงานระบุว่าพลังงานไม่สามารถสร้างขึ้นหรือทำลายได้ แต่สามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่งได้เท่านั้น ตัวอย่างเช่น พลังงานเคมีในอาหารที่ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์เมื่อเราเคลื่อนไหว
มวลมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับพลังงาน เนื่องจากมวลและพลังงานมีความสมดุลกัน วัตถุใดๆ ที่อยู่นิ่งและมีมวลจะมีพลังงานเทียบเท่ากัน ซึ่งเรียกว่าพลังงานนิ่ง มวลนิ่งหมายถึงมวลของวัตถุที่อยู่นิ่ง การเพิ่มขึ้นของพลังงานที่วัตถุมีมากกว่าพลังงานนิ่งจะทำให้มวลรวมของวัตถุเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น การให้ความร้อนแก่วัตถุจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงาน ซึ่งวัดได้จากมวลที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย
พลังงานหมุนเวียน
พลังงานหมุนเวียน คือ พลังงานที่ผลิตจากแหล่งพลังงานที่ไม่หมดไปหรือสามารถทดแทนได้ตลอดช่วงชีวิตของมนุษย์ ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานชีวมวล และพลังงานน้ำ
พลังงานแสงอาทิตย์ หมายถึง พลังงานชนิดหนึ่งจากดวงอาทิตย์ ซึ่งสามารถแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า พลังงานความร้อน และพลังงานเคมีได้ ยกตัวอย่างเช่น แผงโซลาร์เซลล์ถูกนำมาใช้เพื่อดึงพลังงานแสงอาทิตย์มาแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า พลังงานนี้สามารถนำไปใช้ให้แสงสว่างหรือให้ความร้อนได้ นอกจากนี้ พลังงานแสงอาทิตย์ยังถูกนำไปใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น โทรศัพท์มือถืออีกด้วย พลังงานประเภทนี้มีอยู่อย่างแพร่หลายในเขตร้อนของโลก ซึ่งโดยทั่วไปแล้วมักถูกนำไปใช้ในการอบแห้งพืชผล เช่น กาแฟ ข้าวโพด และข้าว ข้อดีของพลังงานประเภทนี้คือ ราคาถูก ไม่มีวันหมด มีแหล่งพลังงานที่หลากหลาย และเป็นแหล่งพลังงานสะอาด
พลังงานลม หมายถึง พลังงานจากลม กังหันลมถูกนำมาใช้เพื่อแปลงพลังงานลมให้เป็นพลังงานกล ซึ่งสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลายวิธี เช่น การผลิตกระแสไฟฟ้า การบดธัญพืช และการสูบน้ำ พลังงานลมถูกนำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนเรือเดินทะเล เช่น เรือสำเภาและเรือเดินทะเลมาหลายศตวรรษ พื้นที่ที่มีภูมิประเทศเปิดโล่งเป็นพื้นที่ที่มีศักยภาพหลักในการใช้พลังงานลม
พลังงานที่ได้จากน้ำเรียกว่า พลังงานน้ำ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อน้ำเคลื่อนที่ น้ำที่ไหลด้วยความเร็วสูงมีพลังงานจลน์จำนวนมากซึ่งสามารถทำงานได้ ตัวอย่างเช่น แรงของน้ำสามารถนำไปใช้หมุนเครื่องบดเมล็ดพืชได้ พลังงานนี้ยังนำไปใช้หมุนกังหันซึ่งผลิตไฟฟ้าพลังน้ำได้อีกด้วย
พลังงานที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้
ในทางตรงกันข้าม พลังงานที่ไม่หมุนเวียนคือพลังงานที่มาจากแหล่งพลังงานที่กำลังจะหมดไปหรือไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ในช่วงชีวิตของเรา แหล่งพลังงานที่ไม่หมุนเวียนส่วนใหญ่คือเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน ก๊าซ และน้ำมัน
ปิโตรเลียม หมายถึง ไฮโดรคาร์บอนทั้งที่เป็นของเหลวและก๊าซที่ได้จากสสารของสัตว์และพืช ซึ่งถูกอัดตัวและเปลี่ยนรูปให้อยู่ในรูปของหินตะกอน หลังจากกลั่นปิโตรเลียมแล้ว จะได้ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ออกมา ได้แก่ น้ำมันเบนซิน น้ำมันเชื้อเพลิงอากาศยาน น้ำมันหล่อลื่น น้ำมันก๊าด และน้ำมันดิน ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ถูกนำไปใช้ประโยชน์ที่แตกต่างกัน ดีเซลอุตสาหกรรมถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เตาเผาและหม้อไอน้ำ เพื่อผลิตเชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะ เรือ เครื่องยนต์หัวรถจักร และเครื่องจักร
ถ่านหินเป็นหินสีน้ำตาลหรือสีดำ ประกอบด้วยคาร์บอนเป็นหลัก ซึ่งก่อตัวขึ้นเมื่อหลายล้านปีก่อนจากการอัดตัวของมวลพืช การใช้ถ่านหินเป็นแหล่งพลังงานลดลงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากมีการค้นพบพลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ และปิโตรเลียม
ก๊าซธรรมชาติเป็นก๊าซชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นใต้ดินและก่อตัวบนชั้นน้ำมันดิบชั้นบน แต่ก็อาจเกิดขึ้นเองได้เช่นกัน ก๊าซธรรมชาติถูกใช้ในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่เพื่อทำความร้อน และใช้ในครัวเรือน เช่น การให้ความร้อน การให้แสงสว่าง และการปรุงอาหาร
