Kao što već znate, postoje različiti vrste energije koji imaju različite ciljeve i primjene, zbog čega ćemo pripremiti vrlo cjelovit popis putem kojeg možete imati na umu svaki od njih i, naravno, saznati i neke istaknute značajke na temelju njihovih karakteristika, njihove korisnosti u svakodnevnom životu i njihove uloge u trenutnom energetskom modelu.
Općenito govoreći, Energija je sposobnost sustava da izvrši rad ili proizvoditi promjene. Prisutna je u svim fizičkim, kemijskim i biološkim procesima: pokreće vozila, pokreće uređaje, omogućuje biljkama fotosintezu i omogućuje našim tijelima obavljanje svih njihovih vitalnih funkcija. Energija se ne stvara niti uništava, ona se samo postaje na ovaj ili onaj način, i to objašnjava zašto možemo dobiti električnu energiju iz vjetra, vode, sunca ili fosilnih goriva.
U ovom članku pronaći ćete detaljnu klasifikaciju različitih oblika energije (mehaničke, toplinske, električne, kemijske, nuklearne itd.), njihov odnos s obnovljivi i neobnovljivi izvori energijekao i jasne primjere i objašnjenja kako bi se razumjelo kako se koriste i kakav utjecaj imaju na okoliš.
Što je energija prema fizici?
U fizici, energija se definira kao sposobnost obavljanja poslaRad se, pak, proizvodi kada sila djeluje na tijelo i pomiče ga na određenu udaljenost. Ova ideja, iako jednostavna, proteže se na mnoge druge kontekste: objekt može imati energiju zbog svog gibanja, položaja, električnih ili magnetskih interakcija ili načina na koji su njegovi atomi i molekule organizirani.
Ključna značajka je da energija se čuvaEnergija se ne pojavljuje niotkuda niti ne nestaje; ona jednostavno prelazi iz jednog oblika u drugi. Na primjer, u hidroelektrani se potencijalna energija pohranjene vode pretvara u kinetičku energiju kada voda padne, u mehaničku energiju u turbinama i konačno u električnu energiju u generatorima.
Velik dio napora u znanosti i inženjerstvu usmjeren je na pronaći učinkovite načine za transformaciju energije zadovoljiti ljudske potrebe uz najmanji mogući utjecaj na okoliš, što je posebno važno u trenutnom kontekstu klimatskih promjena i energetske tranzicije.
Različite vrste energije
Energija se može stvarati, pohranjivati ili prenositi između objekata i sustava na različite načine. Evo kako. organizirani popis s različitim vrstama energije, njegove ključne značajke i svakodnevni primjeri.
1. Mehanička energija
Mehanička energija Povezan je s kretanjem i položajem objekta unutar polja sile, obično gravitacijskog polja. To je zbroj Kinetička energija (zbog kretanja) i potencijalna energija (zbog položaja ili deformacije).
Ponekad govorimo o mehaničkoj energiji prolazan (ono što se prenosi s jednog mjesta na drugo, na primjer kada stroj prenosi kretanje) i mehanička energija uskladišten (onaj koji ostaje u sustavu, na primjer u komprimiranoj opruzi).
Jasni primjeri mehaničke energije bili bi auto koji radi, voda koja pada s vodopada ili lopatice vjetroturbine koje se okreću zbog vjetra.
2. Kinetička energija
Kinetička energija je energija koju tijelo posjeduje zbog kretanjaAko se objekt ne kreće, nema kinetičku energiju. Ta energija ovisi o masa i ubrzati tijela: što je veće i brže, to će imati veću kinetičku energiju.
To može prijenos s jednog objekta na drugi kada se sudare. Na primjer, vjetar, kada pomiče lopatice vjetrenjače, prenosi svoju kinetičku energiju na rotor vjetroturbine. Klasična jednadžba koja to opisuje je E = ½ m v², gdje se može vidjeti da malo povećanje brzine podrazumijeva značajno povećanje energije.
3. Potencijalna energija
Potencijalna energija je vrsta pohranjena mehanička energijaTijelo ima potencijalnu energiju kada, zbog svog položaja ili konfiguracije, može izvršiti rad u budućnosti. Postoji nekoliko oblika: gravitacijska, elastična, električna itd.
Na primjer, objekt koji se nalazi na određenoj visini iznad tla ima gravitacijska potencijalna energija, dok komprimirana ili rastegnuta opruga ima elastična potencijalna energijaKada objekt padne ili se opruga otpusti, ta potencijalna energija se pretvara u kinetičku energiju.
4. Gravitacijska energija
Gravitacijska energija je poseban slučaj potencijalne energije. To je energija koja Pohranjuje se zbog visine tijela u gravitacijskom polju. Što je objekt viši i masivniji, to će imati veću količinu gravitacijske energije.
Ovaj oblik energije je onaj koji se koristi, na primjer, u hidroelektraneVoda nakupljena na visini ima gravitacijsku energiju koja se prilikom ispuštanja pretvara u električnu energiju i pokreće turbine.
5. Zvuk ili akustična energija
Zvučna energija, koja se naziva i akustična energija, je energija prenesena zvučnim valovimaDo toga dolazi kada sila uzrokuje vibraciju predmeta ili tvari, što uzrokuje vibracije čestica medija (zraka, vode, krutih tvari) i širenje vala.
Naše uši detektiraju te vibracije, a mozak ih interpretira kao zvuk. Svakodnevni primjeri uključuju glazba iz zvučnika, ljudski glas, buka motora ili prasak groma.
6. Električna energija
Električna energija je vrsta energije koja se rađa iz kretanja električnih nabojaTo jest, protona i, prije svega, elektrona. To kretanje može se dogoditi samo unutar materijala koji djeluju kao vozači.
Materija se sastoji od atoma koji sadrže elektrone u stalnom pokretu. Manipuliranjem tih elektrona i njihovim kretanjem s jedne točke na drugu kroz vodič generira se upotrebljiva električna energija. Da bi se to kretanje dogodilo, mora postojati potencijalna razlika između dvije točke (napon).
Električna energija je vrlo svestrana jer se može transformirati u svjetlosna energija (žarulje), toplinska energija (električni štednjaci) ili mehanička energija (motori), između ostalog. To je oblik energije koji dolazi do naših domova putem električne mreže.
7. Toplinska energija
Toplinska energija je energija povezana s temperaturom tvariŠto je tijelo toplije, to je veća tjeskoba čestica koje ga sačinjavaju i stoga posjeduje više toplinske energije.
Manifestira se kao toplinska energijaTo jest, kao toplina koja se može prenijeti s toplijeg tijela na hladnije. Svakodnevni primjer bila bi šalica vrućeg čaja: tekućina ima visoku toplinsku energiju, a kada se doda hladno mlijeko, dio te energije prenosi se na mlijeko, hladeći čaj.
Količina toplinske energije objekta mjeri se u Julios (J) i igra središnju ulogu u više procesa, od klimatizacije zgrada do rada toplinskih motora ili termoelektrana.
Toplinska energija
U svakom od materijala, atomi koji čine strukturu njegovih molekula ostaju u stalnom gibanjuOvo kretanje daje energiju samim atomima, koja se pretvara u toplinu; ovaj oblik energije poznat je kao toplinska energija.
Toplinska energija se doživljava kao protok topline s tijela više temperature na tijelo niže temperature. Može se prenijeti vožnja (sudar između čestica u kontaktu), konvekcija (kretanje tekućine) ili zračenje (elektromagnetski valovi).
Unutarnja energija
Unutarnja energija usko je povezana s toplinom. Odnosi se na ukupna energija sadržana u tijelu zbog gibanja i međudjelovanja njegovih česticaŠto je tijelo toplije, to je veća njegova unutarnja energija.
Promjene unutarnje energije, poput zagrijavanja ili hlađenja objekta, manifestiraju se u varijacije temperature, promjene stanja (taljenje, isparavanje) i širenje ili skupljanje materijala.
Reakcijska energija
Energija reakcije je energija koja se apsorbira ili oslobađa u obliku topline ili svjetlosti u bilo kojem kemijska reakcijaNastaje razbijanjem i stvaranjem veza između atoma i molekula.
Ako je reakcija daje energiju okolina se naziva egzotermna reakcija (na primjer, izgaranje goriva). Ako, s druge strane, apsorbira energiju iz okoline, govorimo o endotermna reakcija (kao što su fotosinteza u biljkama ili razgradnja određenih spojeva).
Elektromagnetska energija
Elektromagnetska energija je količina energije pohranjene u nekom području prostora zbog postojanja elektromagnetskog polja. Manifestira se u obliku Elektromagnetski valovi koje se šire čak i u vakuumu brzinom svjetlosti.
Uključuje širok spektar zračenja: Radio valovi, mikrovalna pećnica, infracrvenividljiva svjetlost, ultraljubičastRendgenske snimke i gama zrakeSvi oni nose energiju zračenja, iako s različitim valnim duljinama i energetskim razinama.
Zračna energija
Zračeća energija je energija sadržana u elektromagnetskim valovimakao što su radiovalovi, infracrvene ili ultraljubičaste zrake i vidljiva svjetlost. Ima sposobnost kretati se u vakuumu bez potrebe za fizičkom podrškom.
Ta energija potječe, na primjer, iz Sunceu žaruljama, laserima ili radio antenama. Veliki dio energije koja dopire do Zemlje dolazi od sunčevog zračenja, koje pokreće procese poput fotosinteze i regulira klimu planeta.
Svjetlosna energija
Svjetlosna energija, ili luminozna energija, je percipirani djelić energije koji se prenosi kroz svjetlostTo je dio elektromagnetskog spektra koji naše oči mogu detektirati, iako uključuje i učinke obližnjeg zračenja, poput dijela infracrvenog ili ultraljubičastog spektra.
Predstavlja se u raznim oblicima ovisno o tome kako interagira s materijom: može odvući elektrone metala (fotoelektrični efekt), stvaraju toplinu na tamnim površinama ili aktiviraju kemijske procese poput fotosinteze. Ne treba ga miješati s energijom zračenja općenito, jer potonja obuhvaća širi spektar od vidljive svjetlosti.
Među svakodnevnim primjerima su energija žarulja, munja tijekom oluje, linternas ili solarni kalkulatori.
Magnetska energija
Magnetska energija je povezana s magnetizam, fenomen putem kojeg određeni objekti imaju sposobnost generiranja sile privlačenja ili odbijanja na drugim materijalima.
Ova energija potiče iz prirodni ili umjetni magneti i u električnim strujama koje generiraju magnetska polja. Svakodnevni primjeri uključuju magnete na vratima hladnjaka, elektromotore ili čak... Zemljino magnetsko polje, što nas štiti od dijela sunčevog zračenja.
Jonska energija
Ionska energija, ili energija ionizacije, naziva se i ionizacijski potencijal i temelji se na količina energije potrebna za odvajanje elektrona od atoma elementa koji se nalazi u plinovitom stanju.
Što je jača privlačnost između jezgre i elektrona, Što je veća energija ionizacijeOvo svojstvo je vrlo važno za razumijevanje kemijske reaktivnosti elemenata i njihovog ponašanja u pojavama poput električnih pražnjenja ili stvaranja plazme.
Kemijska energija
Kemijska energija je energija pohranjena u vezama kemijskih spojeva (atomi i molekule). Oslobađa se kada se te veze prekinu ili formiraju u kemijska reakcija, često proizvodeći toplinu (egzotermne reakcije).
Metabolička energija
Metabolička energija je energija koja Nastaje oksidacijskim procesima u živim organizmimaNastaje unosom hrane i temelji se na lancu kemijskih reakcija kroz koje stanice dobivaju energiju i sintetiziraju spojeve koji su im potrebni, kao što su proteini.
Nuklearna energija
Nuklearna energija je energija koja se dobiva putem spontano ili inducirano oslobađanje u nuklearnim reakcijamaTo se događa kada se jezgra atoma mijenja procesima fisija (odvajanje teških jezgara) ili fuzija (unija lakih jezgara).
Zbog odnosa između masa i energija Opisane Einsteinovom poznatom jednadžbom E = mc², male varijacije u nuklearnoj masi oslobađaju ogromne količine energije. Ta se energija može iskoristiti za proizvodnju električne energije u nuklearnim elektranama, iako predstavlja i značajne izazove u pogledu gospodarenja otpadom i sigurnosti.
Snaga vjetra
Energija vjetra je vrsta obnovljive energije Dobiva se iz vjetra, zahvaljujući kinetičkoj energiji koju stvaraju zračne struje. Uglavnom se koristi za proizvode električnu energiju pomoću vjetroturbina, čije lopatice pretvaraju kretanje zraka u kretanje rotora spojenog na generator.
Karakterizira se kao energija obilno, čisto i obnovljivoTo pomaže u smanjenju emisija zagađujućih plinova. Ne proizvodi otpad tijekom rada i doprinosi diversifikaciji energetskog sustava. Njegov glavni nedostatak je isprekidani vjetarNe puše uvijek istim intenzitetom ili u isto vrijeme, što komplicira planiranje proizvodnje.
Sunčeva energija i fotonaponska energija
Sunčeva energija je energija dobivena iz elektromagnetskog zračenja SuncaNaš planet prima ogromnu količinu sunčeve energije, od koje se dio reflektira natrag u svemir, a dio apsorbiraju oceani, kopno i oblaci, održavajući prosječnu temperaturu planeta i omogućujući život.
Ova energija se može iskoristiti iz Mnogo načina:
- Fotonaponska solarna energijaizravno pretvara sunčevu svjetlost u električnu energiju putem Fotonaponske ćelije izrađeni od silicija, grupirani u panele. To je modularna i skalabilna tehnologija, od malih instalacija u domovima do velikih solarnih elektrana.
- Toplinska sunčeva energijaKoristi sunčevu toplinu za zagrijavanje vode ili termalnih tekućina koje se koriste u grijanju, toploj vodi za kućanstva ili industrijskim procesima.
- Termoelektrična sunčeva energijaKoncentrira sunčevo zračenje pomoću zrcala ili leća kako bi dosegao visoke temperature i neizravno proizvodio električnu energiju, na primjer pomicanjem parne turbine.
Sunčeva energija je jedna od najperspektivniji obnovljivi izvorijer Sunce osigurava energiju daleko veću od globalne ljudske potrošnje, a troškovi njezina iskorištavanja znatno su smanjeni tehnološkim napretkom.
Geotermalna energija
Geotermalna energija je obnovljiva energija koja iskorištava toplinu iz Zemljine unutrašnjostiTa toplina dolazi od geotermalnog gradijenta (povećanje temperature s dubinom) i od topline nastale radioaktivnim raspadom određenih elemenata u Zemljinom plaštu.
Može se koristiti za Sustavi grijanjaGeotermalna energija koristi se za proizvodnju električne energije u elektranama, a u nekim slučajevima čak i za hlađenje pomoću toplinskih pumpi. Njena upotreba uvelike ovisi o geografskom položaju: regije s visokom vulkanskom ili geotermalnom aktivnošću nude veći potencijal.
Hidraulična, hidroelektrična i vodna energija
Hidroenergija je vrsta energije koja iskorištava kinetička energija vode u pokretu (rijeke, slapovi, potoci) kako bi se pretvorila u električnu energiju. Kada se ta energija transformira pomoću brana, turbina i generatora, obično se naziva hidroenergija.
Pojam hidroelektrična energija Koristi se kao sinonim za hidroelektričnu energiju, pa je njegova definicija ista. Smatra se oblikom energije obnovljivi i čistiMeđutim, izgradnja velikih akumulacija može imati utjecaj na vodene ekosustave i obližnje ljudske zajednice.
Energija plime i oseke i mora
Energija plime i oseke je energija dobivena iz iskorištavanje kinetičke i potencijalne energije plime i osekeOve plime i oseke uzrokovane su gravitacijskim djelovanjem Mjeseca i Sunca na oceane. Alternatori i turbine postavljeni su na strateškim mjestima kako bi uhvatili tu energiju i pretvorili je u električnu energiju.
Dio je tzv. morska energijašto također uključuje korištenje valovi (energija valova) i oceanske struje. Iako je na mnogim mjestima još uvijek u fazi razvoja, ima veliki potencijal zbog redovitosti plime i oseke.
Metabolička energija i biomasa
Već smo spomenuli da je metabolička energija ono što Dolazi iz metabolizma živih bićaNa razini izvora energije, srodni oblik je biomase, koji koristi organsku tvar biljnog ili životinjskog podrijetla (poljoprivredni, šumarski, stočni otpad itd.) za proizvodnju topline, električne energije ili biogoriva.
Biomasa se smatra izvorom obnovljiv pod uvjetom da se njegovom upotrebom upravlja održivo, izbjegavajući prakse poput masovne deforestacije ili iscrpljivanja tla.
Obnovljiva energija
Obnovljiva energija je energija koja koristiti neiscrpne resurse u prirodi ili koje se brže regeneriraju u usporedbi s njihovom potrošnjom. To omogućuje proizvodnju električne energije i topline bez trajnog iscrpljivanja dostupnih resursa.
Primjeri obnovljive energije uključuju energija vjetraje Energia Solar (fotonaponski i toplinski), hidraulikaje geotermalnaje plima i osekaje valni motor i biomaseSve to doprinosi smanjenju ovisnosti o fosilna goriva i emisije stakleničkih plinova.
neobnovljiva energija
Za razliku od obnovljivih izvora energije, neobnovljivi izvori energije potječu iz ograničeni resursi To su resursi koji se nalaze u ograničenim količinama na Zemlji i čija je prirodna regeneracija izuzetno spora. Primjeri uključuju ugljen, naftu, prirodni plin i uran.
Ti su izvori bili osnova industrijske revolucije i još uvijek su temeljni u mnogim zemljama, ali njihova je upotreba povezana s visok utjecaj na okoliš (emisije CO₂, onečišćenje zraka i vode, radioaktivni otpad) i problemi energetske sigurnosti zbog svoje ograničene prirode.
Zvučna energija
Zvučna energija, kao što smo već naveli, je energija prenesena tlačnim valovima koje putuju kroz materijalni medij. Potječe od početne vibracije (na primjer, žice gitare) i prenosi se dok ne dođe do naših ušiju.
Iako se obično ne koristi u velikim razmjerima za proizvodnju električne energije, ima važnu primjenu u tehnologiji (medicinski ultrazvuk, sonar, ultrazvučni uređaji za čišćenje) i u ljudskoj komunikaciji.
Unutarnja energija i prijenos energije
Unutarnja energija i njen odnos prema prijenos topline Oni su bitni za razumijevanje procesa poput grijanja, hlađenja ili rada toplinskih motora. Energija se može prenositi na tri glavna načina:
- RaditiKada sila pomiče objekt, prenosi se mehanička energija. Guranje kutije ili kompresija plina primjeri su mehaničkog rada.
- ValoviŠirenje poremećaja, poput zvučnih valova ili elektromagnetskih valova, prenosi energiju s jedne točke na drugu.
- vrućina: događa se kada energija prelazi s toplijeg tijela na hladnijeMože se širiti kondukcijom, zračenjem ili konvekcijom.
Termalna energija
Toplinska energija, također poznata kao toplinska energija, je sposobnost pretvaranja drugih oblika energije u toplinu i za stvaranje temperaturnih promjena. Mnoge konvencionalne elektrane (ugljen, plin ili nuklearna) proizvode električnu energiju iz termalni ciklus u kojem se voda zagrijava za pogon parnih turbina.
U malom opsegu, toplinska energija prisutna je u radijatorima, pećnicama, štednjacima i općenito u bilo kojem sustavu koji zagrijava ili hladi tvari.
Svojstva energije
Energija predstavlja nekoliko osnovna svojstva koji pomažu u razumijevanju njihovog ponašanja u prirodi i tehnološkim sustavima:
- Transformira seEnergija se ne stvara od nule, već se mijenja iz jednog oblika u drugi. Na primjer, iz kemijske energije u toplinsku energiju izgaranjem.
- Je sačuvanU zatvorenom sustavu, ukupna količina energije ostaje konstantna, čak i ako mijenja oblik. Nije uništeno.
- Prenosi seMože prelaziti s jednog tijela na drugo ili iz jednog sustava u drugi putem topline, valova ili rada.
- Degradira seU praksi, dio transformirane energije prestaje biti koristan za obavljanje rada (na primjer, rasipa se kao toplina ili buka), što je povezano s konceptom entropije.
To su sve vrste energije o kojima trebamo znati jer su važan dio naših života. Ako pomno pogledamo svoju okolinu, vidjet ćemo da većinu njih često koristimo: palimo svjetla (električna i svjetlosna energija), kuhamo (toplinska i kemijska energija), krećemo se (mehanička i kinetička energija), koristimo elektroničke uređaje (električna i kemijska energija) i ovisimo o obnovljivim i neobnovljivim izvorima kako bismo održali svoj način života. Odvojite nekoliko minuta da razmislite o tome. Koje energije koristimo svaki dan Poznavanje njihovog podrijetla može nam pomoći da više cijenimo te resurse, odgovornije ih trošimo i podržimo održiviji energetski model za budućnost.