انرژی چیست؟
رکنا: انرژی توانایی انجام کار است. به زبان ساده، هر چیزی که باعث حرکت، تغییر یا انجام کار شود، انرژی دارد.
به گزارش رکنا، انرژی توانایی انجام کار یا ایجاد تغییر است. تمام فرآیندهای طبیعی و مصنوعی در جهان به نوعی وابسته به انرژی هستند. برای مثال، حرکت زمین به دور خورشید، رشد گیاهان، کار کردن وسایل الکترونیکی و حتی فکر کردن ما، همه به نوعی انرژی نیاز دارند.
واحد اندازه‌گیری انرژی
واحد اندازه‌گیری انرژی در سیستم بین‌المللی (SI) ژول (Joule - J) است. اما بسته به نوع انرژی و کاربرد آن، واحدهای دیگری نیز استفاده می‌شوند. در ادامه، مهم‌ترین واحدهای اندازه‌گیری انرژی را بررسی می‌کنیم:
| واحد | نماد | کاربرد | تبدیل به ژول (J) |
|---|---|---|---|
| ژول | J | واحد استاندارد انرژی | 1 J |
| کالری | cal | اندازه‌گیری گرما و انرژی غذا | 1 cal = 4.184 J |
| کیلوکالری | kcal | انرژی غذایی | 1 kcal = 4184 J |
| کیلووات‌ساعت | kWh | انرژی الکتریکی | 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J |
| وات‌ثانیه | Ws | توان و برق | 1 Ws = 1 J |
| وات‌ساعت | Wh | انرژی الکتریکی | 1 Wh = 3600 J |
| الکترون‌ولت | eV | فیزیک اتمی و ذرات زیراتمی | 1 eV = 1.6 × 10⁻¹⁹ J |
| بی‌تی‌یو | BTU | گرما در سیستم‌های تهویه | 1 BTU ≈ 1055 J |
| ارگ | erg | فیزیک (سیستم CGS) | 1 erg = 10⁻⁷ J |
| فوت-پوند | ft·lb | انرژی مکانیکی (سیستم انگلیسی) | 1 ft·lb = 1.356 J |
1. ژول (Joule - J)
ژول واحد اصلی انرژی در سیستم متریک (SI) است. یک ژول برابر است با:
مقدار انرژی لازم برای اعمال نیروی ۱ نیوتون به جسمی که در راستای نیرو ۱ متر جابه‌جا شود.
مقدار انرژی که یک وات توان در مدت یک ثانیه مصرف می‌کند.
2. کالری (Calorie - cal)
کالری بیشتر برای اندازه‌گیری انرژی غذا و گرما استفاده می‌شود.
۱ کالری = مقدار انرژی لازم برای افزایش دمای ۱ گرم آب به اندازه ۱ درجه سلسیوس
۱ کیلوکالری (kcal) یا کالری غذایی = ۱۰۰۰ کالری
معمولاً روی بسته‌های غذایی وقتی نوشته شده "200 kcal"، یعنی 200,000 کالری فیزیکی!
تبدیل کالری به ژول:
۱ کالری = 4.184 ژول
۱ کیلوکالری (۱ کالری غذایی) = 4184 ژول
3. کیلووات‌ساعت (Kilowatt-hour - kWh)
این واحد برای برق و انرژی الکتریکی استفاده می‌شود.
۱ کیلووات‌ساعت = مقدار انرژی مصرفی یک دستگاه ۱ کیلوواتی در مدت ۱ ساعت
تبدیل به ژول:
۱ کیلووات‌ساعت = 3.6 × 10⁶ ژول (۳.۶ میلیون ژول)
4. الکترون‌ولت (Electronvolt - eV)
این واحد در فیزیک اتمی و ذرات زیراتمی کاربرد دارد.
۱ الکترون‌ولت = مقدار انرژی‌ای که یک الکترون هنگام عبور از اختلاف پتانسیل ۱ ولت به دست می‌آورد.
تبدیل به ژول:
۱ eV = 1.6 × 10⁻¹⁹ ژول
5. بی‌تی‌یو (BTU - British Thermal Unit)
بی‌تی‌یو واحد انرژی در سیستم انگلیسی است که معمولاً در اندازه‌گیری گرما و سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شود.
۱ BTU = مقدار انرژی لازم برای افزایش دمای ۱ پوند آب به اندازه ۱ درجه فارنهایت
تبدیل به ژول:
۱ BTU ≈ 1055 ژول
6. واحدهای دیگر (برای انرژی خاص)
| واحد | کاربرد | تبدیل به ژول |
|---|---|---|
| وات‌ثانیه (Ws) | توان و برق | 1 Ws = 1 J |
| وات‌ساعت (Wh) | انرژی الکتریکی | 1 Wh = 3600 J |
| ارگ (erg) | فیزیک (سیستم CGS) | 1 erg = 10⁻⁷ J |
| فوت-پوند (ft·lb) | مکانیک (انرژی در سیستم انگلیسی) | 1 ft·lb = 1.356 J |
انواع انرژی و ویژگی‌های آنها
| نوع انرژی | ویژگی‌ها | مثال‌ها |
|---|---|---|
| انرژی جنبشی (Kinetic Energy) | مربوط به حرکت اجسام، به جرم و سرعت وابسته است | حرکت ماشین، توپ در حال پرتاب، موج دریا |
| انرژی پتانسیل (Potential Energy) | انرژی ذخیره‌شده در جسم که بسته به موقعیت آزاد می‌شود | آب پشت سد، سنگ بالای کوه، فنر فشرده‌شده |
| انرژی گرمایی (Thermal Energy) | حاصل از حرکت مولکول‌ها، دما و گرما را تعیین می‌کند | گرمای خورشید، آتش، آب جوش |
| انرژی الکتریکی (Electrical Energy) | ناشی از حرکت الکترون‌ها در یک مدار است | روشن شدن لامپ، جریان برق در سیم |
| انرژی صوتی (Sound Energy) | ناشی از ارتعاش مولکول‌های هوا یا مواد دیگر است | صحبت کردن، صدای زنگ، موسیقی |
| انرژی شیمیایی (Chemical Energy) | ذخیره‌شده در پیوندهای مولکولی که هنگام واکنش آزاد می‌شود | سوختن بنزین ، غذا خوردن، باتری |
| انرژی هسته‌ای (Nuclear Energy) | آزادشده از هسته اتم، از طریق شکافت یا همجوشی | انرژی خورشید ، نیروگاه هسته‌ای |
| انرژی مکانیکی (Mechanical Energy) | مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل یک جسم | حرکت چرخ دنده‌ها ، کشیده شدن زه کمان |
| انرژی مغناطیسی (Magnetic Energy) | حاصل از میدان مغناطیسی اجسام | آهن‌ربا ، میدان مغناطیسی زمین |
| انرژی نورانی (Light Energy) | نوعی انرژی الکترومغناطیسی که به شکل نور قابل مشاهده است | نور خورشید، لامپ، لیزر |
انرژی به شکل‌های مختلفی وجود دارد و در طبیعت از یک نوع به نوع دیگر تبدیل می‌شود. در ادامه، انواع انرژی را با جزئیات کامل توضیح می‌دهیم:
1. انرژی جنبشی (Kinetic Energy)
انرژی جنبشی به انرژی اجسامی گفته می‌شود که در حال حرکت هستند. مقدار این انرژی بستگی به جرم و سرعت جسم دارد. هرچه سرعت یا جرم یک جسم بیشتر باشد، انرژی جنبشی آن هم بیشتر خواهد بود.
ویژگی‌ها:
به جرم و سرعت بستگی دارد.
هر جسم متحرک دارای انرژی جنبشی است.
هنگام برخورد یا توقف جسم، ممکن است به انرژی گرمایی، صوتی یا مکانیکی تبدیل شود.
مثال‌ها:
حرکت یک خودرو
توپ در حال پرتاب
جریان آب رودخانه
2. انرژی پتانسیل (Potential Energy)
انرژی پتانسیل، انرژی ذخیره‌شده در یک جسم است که به دلیل موقعیت یا وضعیت آن می‌تواند آزاد شود. این نوع انرژی به چند دسته تقسیم می‌شود:
الف) انرژی پتانسیل گرانشی
هر جسمی که در ارتفاعی بالاتر از سطح زمین قرار دارد، دارای انرژی پتانسیل گرانشی است. این انرژی در صورت سقوط جسم به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود.
مثال‌ها:
سنگی که بالای یک کوه قرار دارد
آب پشت سد که هنگام آزاد شدن توربین‌ها را به حرکت درمی‌آورد
ب) انرژی پتانسیل کشسانی
در اجسامی که می‌توان آنها را کشید یا فشرده کرد، مانند فنر یا لاستیک، انرژی پتانسیل کشسانی ذخیره می‌شود.
مثال‌ها:
فنر فشرده‌شده
کشیده شدن زه تیر و کمان
ج) انرژی پتانسیل شیمیایی
انرژی ذخیره‌شده در پیوندهای مولکولی مواد، که هنگام واکنش‌های شیمیایی آزاد می‌شود.
مثال‌ها:
انرژی حاصل از سوختن بنزین
انرژی غذایی که بدن مصرف می‌کند
3. انرژی گرمایی (Thermal Energy)
این انرژی ناشی از حرکت مولکول‌های یک ماده است. هرچه مولکول‌های یک جسم سریع‌تر حرکت کنند، دمای آن بالاتر خواهد بود. گرما به صورت انرژی از اجسام گرم‌تر به اجسام سردتر منتقل می‌شود.
ویژگی‌ها:
وابسته به دمای ماده است.
می‌تواند از طریق هدایت، همرفت و تابش منتقل شود.
مثال‌ها:
گرمای خورشید
آب جوش
گرمای تولیدشده در موتور خودرو
4. انرژی الکتریکی (Electrical Energy)
این انرژی ناشی از حرکت الکترون‌ها در یک مدار است. برق، یکی از مهم‌ترین شکل‌های انرژی الکتریکی است که برای روشن کردن وسایل و کار با دستگاه‌ها استفاده می‌شود.
ویژگی‌ها:
به‌راحتی قابل انتقال و تبدیل به دیگر انواع انرژی است.
از طریق سیم‌های رسانا منتقل می‌شود.
مثال‌ها:
برق روشن کردن لامپ
جریان الکتریکی در سیم‌های برق
باتری تلفن همراه
5. انرژی صوتی (Sound Energy)
این انرژی از ارتعاشات مولکول‌های هوا یا دیگر مواد به وجود می‌آید و از طریق امواج صوتی منتقل می‌شود.
ویژگی‌ها:
برای انتقال نیاز به یک محیط مادی (مثل هوا یا آب) دارد.
نمی‌تواند در خلأ (مانند فضا) منتشر شود.
مثال‌ها:
صحبت کردن و شنیدن صدا
صدای زنگ مدرسه
صدای بلندگو در یک کنسرت
6. انرژی شیمیایی (Chemical Energy)
این انرژی در پیوندهای شیمیایی بین اتم‌ها ذخیره شده و در هنگام واکنش‌های شیمیایی آزاد می‌شود.
ویژگی‌ها:
در هنگام سوختن یا تجزیه مواد، به شکل گرما، نور یا الکتریسیته آزاد می‌شود.
یکی از مهم‌ترین منابع تأمین انرژی در طبیعت است.
مثال‌ها:
سوختن چوب یا زغال
انرژی موجود در غذا و فرآیند متابولیسم بدن
عملکرد باتری‌ها
7. انرژی هسته ای (Nuclear Energy)
این انرژی از هسته اتم به‌دست می‌آید و از طریق شکافت هسته ای (در نیروگاه‌های هسته‌ای) یا جوش هسته‌ای (در خورشید و ستارگان) آزاد می‌شود.
ویژگی‌ها:
انرژی بسیار زیاد و قدرتمندی تولید می‌کند.
در نیروگاه‌های هسته‌ای برای تولید برق استفاده می‌شود.
در سلاح‌های هسته‌ای نیز به‌کار می‌رود.
مثال‌ها:
انرژی خورشید(ناشی از همجوشی هسته‌ای)
نیروگاه‌های هسته‌ای
بمب‌های هسته‌ای
8. انرژی مکانیکی (Mechanical Energy)
انرژی مکانیکی مجموع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل یک جسم است. این انرژی در تمام سیستم‌های فیزیکی که در حال حرکت یا تحت تأثیر نیرو هستند، وجود دارد.
مثال‌ها:
حرکت چرخ دنده‌ها در یک ساعت
حرکت دوچرخه
پرتاب شدن توپ به هوا
9. انرژی مغناطیسی (Magnetic Energy)
این انرژی مربوط به میدان مغناطیسی یک جسم است و در اطراف آهن‌رباها و سیم‌های حامل جریان الکتریکی ایجاد می‌شود.
مثال‌ها:
آهن‌ربا
میدان مغناطیسی زمین
موتورهای الکتریکی
10. انرژی نورانی (Light Energy)
این انرژی نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که توسط چشمان ما به صورت نور قابل مشاهده دریافت می‌شود.
ویژگی‌ها:
به‌صورت موجی منتشر می‌شود.
می‌تواند در خلأ حرکت کند (برخلاف صوت).
مثال‌ها:
نور خورشید
نور لامپ
پرتوهای لیزر
قانون پایستگی انرژی
قانون پایستگی انرژی یکی از اصول بنیادی فیزیک است که بیان می‌کند:
"انرژی نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود، بلکه فقط از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود."
این قانون نشان می‌دهد که در یک سیستم بسته، مجموع کل انرژی همواره ثابت باقی می‌ماند، هرچند ممکن است از نوعی به نوع دیگر تبدیل شود.
مثال‌ها:
پرتاب توپ به هوا: هنگام پرتاب توپ، انرژی شیمیایی بدن به انرژی جنبشی توپ تبدیل می‌شود. در بالاترین نقطه، این انرژی به انرژی پتانسیل تبدیل شده و هنگام سقوط، دوباره به انرژی جنبشی برمی‌گردد.
نیروگاه برق: در یک نیروگاه حرارتی، انرژی شیمیایی سوخت به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود، سپس این انرژی به انرژی مکانیکی و در نهایت به انرژی الکتریکی تبدیل می‌گردد.
غذا خوردن: انرژی شیمیایی موجود در مواد غذایی در بدن به انرژی حرارتی و مکانیکی تبدیل شده و برای حرکت و عملکرد بدن استفاده می‌شود.
تفاوت انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل
| ویژگی | انرژی جنبشی (Kinetic Energy) | انرژی پتانسیل (Potential Energy) |
|---|---|---|
| تعریف | انرژی ناشی از حرکت یک جسم | انرژی ذخیره‌شده در یک جسم به دلیل موقعیت یا وضعیت آن |
| وابستگی به حرکت | به سرعت جسم بستگی دارد و فقط در اجسام متحرک وجود دارد. | در اجسام ساکن هم می‌تواند وجود داشته باشد. |
| فرمول | KE=12mv2KE = \frac{1}{2} mv^2KE=21mv2 (وابسته به جرم و سرعت) | PE=mghPE = mghPE=mgh (وابسته به جرم، ارتفاع و گرانش) |
| تبدیل به انرژی دیگر | می‌تواند به انرژی پتانسیل یا گرمایی تبدیل شود. | می‌تواند به انرژی جنبشی تبدیل شود. |
| مثال‌ها | - توپ در حال حرکت |
|
انرژی تجدیدپذیر (Renewable Energy)
انرژی‌های تجدیدپذیر به منابعی اطلاق می‌شود که به‌طور طبیعی می‌توانند دوباره به‌وجود بیایند و در طول زمان تمام نمی‌شوند. این منابع معمولاً با تاثیرات محیطی کمتر و بدون نیاز به سوخت‌های فسیلی تولید می‌شوند.
ویژگی‌ها:
دوباره قابل تجدید: این منابع به‌طور طبیعی تجدید می‌شوند.
کمترین اثرات زیست‌محیطی: برخلاف منابع غیرتجدیدپذیر، انرژی تجدیدپذیر کمترین آسیب را به محیط‌زیست وارد می‌کند.
بی‌پایان: این منابع در بلندمدت تمام نمی‌شوند.
نمونه‌ها:
انرژی خورشیدی: استفاده از تابش خورشید برای تولید برق یا گرما.
انرژی بادی: استفاده از نیروی باد برای چرخاندن توربین‌ها و تولید برق.
انرژی آبی: استفاده از جریان آب (رودخانه‌ها یا سدها) برای تولید انرژی.
انرژی زمین‌گرمایی: بهره‌برداری از حرارت داخلی زمین.
انرژی زیست‌توده: استفاده از مواد آلی (مانند چوب، گیاهان و زباله‌های کشاورزی) برای تولید انرژی.
انرژی غیرتجدیدپذیر (Non-renewable Energy)
انرژی‌های غیرتجدیدپذیر به منابعی اطلاق می‌شود که در طول زمان به‌صورت طبیعی دوباره تولید نمی‌شوند و در صورت تمام شدن، دیگر قابل بازیابی نیستند. این منابع معمولاً از سوخت‌های فسیلی به‌دست می‌آیند و تولید آنها ممکن است به محیط‌زیست آسیب برساند.
ویژگی‌ها:
غیرقابل تجدید: پس از مصرف این منابع، دیگر قابل تجدید یا بازیابی نیستند.
اثرهای منفی زیست‌محیطی: تولید و مصرف این منابع می‌تواند باعث آلودگی و تغییرات اقلیمی شود.
محدودیت منابع: منابع این انرژی‌ها در نهایت تمام می‌شوند و به تدریج کمیاب‌تر خواهند شد.
نمونه‌ها:
نفت: سوخت‌های مایع که برای خودروها، هواپیماها و سایر وسایل نقلیه استفاده می‌شود.
زغال‌سنگ: سوخت جامد که برای تولید برق و گرما در نیروگاه‌ها استفاده می‌شود.
گاز طبیعی: سوخت گازی که در تولید انرژی برق و گرما و همچنین در صنایع مختلف کاربرد دارد.
انرژی هسته‌ای: تولید انرژی از شکافت هسته‌ای در نیروگاه‌ها، که از اورانیوم یا پلوتونیوم استفاده می‌کند.
-
نگاهی به منزل فوق العاده مدرن و لاکچری الهه رضایی مجری محبوب نوستالژی/ چیدمان مبلمان تلفیقی، تابلو هنری، آباژور ایستاده !
ارسال نظر