Chúng ta sử dụng từ "năng lượng" rất nhiều trong giao tiếp hàng ngày. Có rất nhiều dạng năng lượng khác nhau mà chúng ta sử dụng hàng ngày để di chuyển, nói chuyện, nấu ăn, nhảy, hoặc bật đèn, sưởi ấm, nghe nhạc và xem TV. Trong bài học này, chúng ta sẽ tìm hiểu về năng lượng và các dạng năng lượng khác nhau của nó thông qua các tình huống bạn gặp phải trong cuộc sống hàng ngày.
Chúng ta hãy bắt đầu nhé.
Năng lượng làm cho mọi thứ diễn ra. Mỗi khi vật gì đó chuyển động, đó là nhờ năng lượng. Mỗi khi vật gì đó nóng lên, đó là nhờ năng lượng. Mỗi khi vật gì đó phát ra âm thanh, đó là nhờ năng lượng. Chúng ta sử dụng năng lượng để suy nghĩ, chơi đùa và nói chuyện. Thực tế, mỗi khi chúng ta làm bất cứ điều gì, chúng ta đều sử dụng năng lượng!
Chúng ta sử dụng năng lượng để sưởi ấm và làm mát nhà cửa, trường học và văn phòng. Chúng ta sử dụng năng lượng cho đèn chiếu sáng và các thiết bị gia dụng. Năng lượng giúp xe cộ di chuyển, máy bay bay, thuyền buồm và máy móc hoạt động.
Mọi sinh vật sống đều cần năng lượng. Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để phát triển. Động vật và con người ăn thực vật và sử dụng năng lượng dự trữ. Thức ăn là nhiên liệu cho nhu cầu năng lượng của cơ thể chúng ta.
Bạn có nhận thấy sau một trận bóng đá (hoặc bất kỳ môn thể thao nào) căng thẳng, cơ thể bạn nóng lên không? Đó là do cơ thể bạn sản sinh ra năng lượng nhiệt.
Nói một cách đơn giản, năng lượng là khả năng thực hiện công. Năng lượng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau và được chúng ta sử dụng theo nhiều cách. Hãy cùng xem xét một số ví dụ từ cuộc sống hàng ngày:
Cái nào có nhiều năng lượng hơn - một chiếc máy bay bay trên trời hay một cuốn sách rơi khỏi bàn? Máy bay bay trên trời có nhiều năng lượng hơn vì nó bay nhanh hơn nhiều so với một cuốn sách, và cũng vì máy bay nặng hơn cuốn sách.
Khi sô-cô-la nóng nguội đi, nó sẽ thu hay mất nhiệt? Nó mất nhiệt vì sữa giải phóng năng lượng nhiệt (hay nhiệt) ra môi trường xung quanh và không còn hấp thụ nhiệt từ nhiệt độ tăng dần của bếp nữa.
Bạn nghĩ máy pha cà phê hay TV bắt đầu hoạt động như thế nào khi được cắm vào ổ điện? Lý do là vì năng lượng điện truyền qua đường dây điện và sau đó cung cấp năng lượng cho nhiều máy móc khác nhau hoạt động.
Âm thanh nào có nhiều năng lượng hơn - còi xe tải hay đài phun nước? Còi xe có nhiều năng lượng hơn vì âm thanh càng to thì càng chứa nhiều năng lượng.
Năng lượng mà một vật sở hữu được đo bằng khả năng sinh công của nó. Do đó, đơn vị năng lượng cũng giống như đơn vị công, đó là Joule (J). 1 Joule (J) là năng lượng cần thiết để thực hiện 1 Joule công. Joule là lượng năng lượng truyền cho một vật khi vật di chuyển nó đi được 1m dưới tác dụng của một lực 1N. Một đơn vị năng lượng lớn hơn được sử dụng là kilojoule (kJ). 1 kJ = 1000 J.
Động năng - Bất kỳ vật thể chuyển động nào cũng sử dụng động năng. Ví dụ, lái máy bay trên trời, ném bóng, chạy, đạp xe, v.v. là những ví dụ về động năng. Một chiếc ô tô đang chuyển động trên đường có động năng, trong khi một chiếc ô tô đang đỗ thì không có động năng. Điều này có nghĩa là động năng chỉ tồn tại khi một vật thể hoặc vật đang chuyển động. Khi một vật đứng yên, động năng của nó bằng không. Điều này có nghĩa là, khi Chuyển động = 0, Động năng = 0. Nó dao động từ 0 đến một giá trị dương. Ví dụ: Một đứa trẻ đang đu đưa trên xích đu. Bất kể xích đu chuyển động về phía trước hay phía sau, giá trị của động năng không bao giờ âm.
Thế năng – Là năng lượng của vị trí một vật. Ví dụ: Khi một đứa trẻ đu đưa trên xích đu và đạt đến đỉnh vòng cung, em có thế năng cực đại. Khi em ở gần mặt đất hơn, thế năng của em đạt giá trị cực tiểu (0). Một ví dụ khác là ném một quả bóng lên không trung. Ở điểm cao nhất, thế năng là lớn nhất. Khi quả bóng bay lên hoặc rơi xuống, nó có sự kết hợp giữa thế năng và động năng.
Năng lượng cơ học – Đây là năng lượng sinh ra từ chuyển động hoặc vị trí của một vật. Năng lượng cơ học là tổng của động năng và thế năng. Ví dụ: Một vật sở hữu cơ năng có cả động năng và thế năng, mặc dù năng lượng của một trong hai dạng có thể bằng không. Một chiếc ô tô đang chuyển động có động năng. Nếu bạn di chuyển chiếc ô tô lên núi, nó có cả động năng và thế năng. Một cuốn sách đặt trên bàn có thế năng.
Năng lượng hóa học - Năng lượng hóa học là năng lượng được lưu trữ trong các liên kết của nguyên tử và phân tử. Khi phản ứng hóa học này xảy ra, năng lượng này được giải phóng. Chúng ta sử dụng năng lượng hóa học trong xe hơi dưới dạng nhiên liệu (xăng/dầu diesel) để lái xe. Pin, sinh khối, dầu, khí tự nhiên và than đá là những ví dụ về năng lượng hóa học được lưu trữ. Thức ăn cũng là một ví dụ điển hình về năng lượng hóa học được lưu trữ. Năng lượng này được giải phóng trong quá trình tiêu hóa.
Năng lượng điện - Năng lượng được tạo ra bởi các hạt tích điện nhỏ gọi là electron. Sét là một dạng năng lượng điện. Hầu hết các thiết bị của chúng ta như máy tính xách tay, máy pha cà phê, điện thoại di động, máy hút bụi và tivi đều hoạt động bằng điện.
Năng lượng nhiệt – Còn được gọi là năng lượng nhiệt. Năng lượng đến từ lửa là năng lượng nhiệt. Nó phản ánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai hệ thống. Như chúng ta đã biết, vật chất được tạo thành từ các phân tử. Khi nhiệt độ của vật chất tăng lên, các hạt dao động nhanh hơn. Năng lượng nhiệt là năng lượng đến từ nhiệt độ của vật chất. Một tách cà phê nóng, bếp điện hoặc bếp gas, máy sưởi phòng, v.v. là những ví dụ về năng lượng nhiệt.
Năng lượng ánh sáng - còn được gọi là năng lượng bức xạ. Trái Đất nhận được phần lớn năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời. Thực vật hấp thụ năng lượng ánh sáng từ mặt trời và chuyển hóa thành năng lượng hóa học (thức ăn) giúp chúng sinh trưởng, quá trình này được gọi là quang hợp.
Năng lượng âm thanh – Chúng ta hét càng to, năng lượng âm thanh chúng ta sử dụng càng nhiều. Bất cứ thứ gì bạn nghe thấy đều là năng lượng âm thanh. Ngoài giọng nói của chúng ta, còn có nhiều ví dụ khác về năng lượng âm thanh: vỗ tay, chơi guitar, chó sủa, v.v.
Năng lượng hạt nhân – Năng lượng hạt nhân được lưu trữ trong hạt nhân nguyên tử. Năng lượng này được giải phóng khi các hạt nhân kết hợp (phản ứng tổng hợp hạt nhân) hoặc tách ra (phản ứng phân hạch). Ví dụ: Phân hạch hạt nhân, tổng hợp hạt nhân và phân rã hạt nhân là những ví dụ về năng lượng hạt nhân. Vụ nổ nguyên tử và năng lượng từ nhà máy điện hạt nhân là những ví dụ cụ thể về loại năng lượng này. Nhà máy điện hạt nhân phân tách hạt nhân của các nguyên tử urani để tạo ra điện.
Năng lượng điện từ – Năng lượng điện từ hay năng lượng bức xạ là năng lượng từ ánh sáng hoặc sóng điện từ. Ví dụ: Bất kỳ dạng ánh sáng nào cũng có năng lượng điện từ, bao gồm cả những phần quang phổ mà chúng ta không nhìn thấy được. Vô tuyến, gamma, tia X, vi sóng và tia cực tím là một số ví dụ về năng lượng điện từ.
Năng lượng hấp dẫn – Năng lượng liên quan đến lực hấp dẫn bao gồm lực hút giữa hai vật thể dựa trên khối lượng của chúng. Nó có thể là cơ sở cho năng lượng cơ học, chẳng hạn như thế năng của một vật đặt trên kệ hoặc động năng của Mặt Trăng trên quỹ đạo quanh Trái Đất. Ví dụ: Năng lượng hấp dẫn giữ khí quyển trên Trái Đất.
Năng lượng ion hóa – Đây là dạng năng lượng liên kết các electron với hạt nhân của nguyên tử, ion hoặc phân tử. Ví dụ: Năng lượng ion hóa thứ nhất của một nguyên tử là năng lượng cần thiết để tách hoàn toàn một electron. Năng lượng ion hóa thứ hai là năng lượng để tách một electron thứ hai và lớn hơn năng lượng cần thiết để tách electron thứ nhất.
Định luật bảo toàn năng lượng phát biểu rằng năng lượng không bao giờ tự sinh ra hay tự mất đi, mà chỉ có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. Một ví dụ là năng lượng hóa học trong thức ăn được chuyển hóa thành động năng khi chúng ta vận động.
Khối lượng có liên quan chặt chẽ với năng lượng. Do sự tương đương giữa khối lượng và năng lượng, bất kỳ vật thể đứng yên nào có khối lượng đều có một lượng năng lượng tương đương, được gọi là năng lượng nghỉ. Khối lượng nghỉ là khối lượng của một vật thể đứng yên. Sự gia tăng năng lượng của vật thể vượt quá năng lượng nghỉ sẽ làm tăng tổng khối lượng của vật thể. Ví dụ: làm nóng một vật thể dẫn đến sự gia tăng năng lượng, có thể đo được bằng một sự gia tăng nhỏ về khối lượng.
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Năng lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra từ các nguồn không bị cạn kiệt hoặc có thể được bổ sung trong suốt cuộc đời con người. Các ví dụ phổ biến nhất bao gồm gió, mặt trời, địa nhiệt, sinh khối và thủy điện.
Năng lượng mặt trời là loại năng lượng từ mặt trời. Nó có thể được chuyển đổi thành năng lượng điện, nhiệt và hóa học. Ví dụ, các tấm pin mặt trời được sử dụng để khai thác năng lượng mặt trời và sau đó chuyển đổi nó thành năng lượng điện. Năng lượng này có thể được sử dụng để chiếu sáng hoặc sưởi ấm. Năng lượng mặt trời cũng được ứng dụng trong các thiết bị điện như điện thoại di động. Loại năng lượng này rất phong phú ở các vùng nhiệt đới trên thế giới, nơi nó được sử dụng theo truyền thống để sấy khô các loại cây trồng như cà phê, ngô và lúa. Một số ưu điểm của loại năng lượng này là giá thành rẻ, vô tận, có nguồn gốc đa dạng và là nguồn năng lượng sạch.
Năng lượng gió là năng lượng từ gió. Cối xay gió được sử dụng để chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng cơ học, có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau. Bao gồm phát điện, xay ngũ cốc và bơm nước. Trong nhiều thế kỷ, năng lượng gió đã được khai thác để đẩy các tàu thuyền như thuyền buồm và tàu thủy. Những khu vực có địa hình mở là những khu vực tiềm năng lớn về năng lượng gió.
Năng lượng thu được từ nước được gọi là thủy điện. Nó được tạo ra khi nước chuyển động. Nước chảy với tốc độ cao có rất nhiều động năng có thể sinh công. Ví dụ, lực của nước có thể được sử dụng để quay các cối xay ngũ cốc. Năng lượng này cũng được sử dụng để quay các tua-bin tạo ra thủy điện.
NĂNG LƯỢNG KHÔNG TÁI TẠO
Ngược lại, năng lượng không tái tạo là năng lượng đến từ các nguồn sẽ cạn kiệt hoặc không được bổ sung trong suốt cuộc đời của chúng ta. Hầu hết các nguồn năng lượng không tái tạo là nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như than đá, khí đốt và dầu mỏ.
Dầu mỏ là các hydrocarbon lỏng và khí từ động vật và thực vật được lắng đọng, nén và chuyển hóa thành các dạng này trong đá trầm tích. Sau khi dầu mỏ được tinh chế, các sản phẩm khác nhau thu được. Các sản phẩm này bao gồm xăng, nhiên liệu hàng không, chất bôi trơn, dầu hỏa và bitum. Các sản phẩm này được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Dầu diesel công nghiệp được ứng dụng trong các ngành công nghiệp như lò nung và nồi hơi, để tạo ra nhiên liệu cho xe cộ, tàu thuyền, đầu máy xe lửa và máy móc.
Than đá là một loại đá màu nâu hoặc đen, chủ yếu được tạo thành từ cacbon hình thành từ hàng triệu năm trước do quá trình nén ép thực vật. Việc sử dụng than đá làm nguồn năng lượng đã giảm dần trong những năm gần đây với sự phát hiện ra năng lượng địa nhiệt, thủy điện và dầu mỏ.
Khí thiên nhiên là một loại khí hình thành dưới lòng đất và trên các lớp dầu thô phía trên, nhưng cũng có thể tồn tại riêng lẻ. Khí thiên nhiên được sử dụng trong các ngành công nghiệp, chủ yếu để sưởi ấm và phục vụ mục đích gia dụng như sưởi ấm, chiếu sáng và nấu ăn.
