انرژی چیست ؟

انـرژی باعث وقوع پدیدهـهای مختلـف در اطـراف ما می شود. در خلال روز ، خورشید روشنایـی و انرژی گرمایی تولید می کند . اما در شب لامپها با استفاده از انرژی الکتریکی مسیر خیابانها را برای ما روشن می سازد. یک ماشین توسط بنزین ، که یک نوع انرژی ذخیره ای است ، حرکت می کند.حتی غذایی که ما می خوریم حاوی انرژی است. از این انرژی برای کار و بازی استفاده می کنیم . بدین ترتیب همانطوریکه در مقدمه گفته شد انرژی را می توان «توانایی انجام کار» تعریف نمود.
انرژی به شکلهای مختلفی وجود دارد که از آن میان می توان به انرژی شیمیایی ، انرژی الکتریکی ، گرما (انرژی حرارتی) ، نور ( انرژی تابشی) ، انرژی مکانیکی و انرژی هسته ای اشاره نمود.
● انرژی ذخیره ای و حرکتی
▪ انرژی باعث وقوع پدیده های مختلف شده و به دو نوع تقسیم می شود:
- انرژی ذخیره ای که انرژی پتانسیل نامیده می شود .
- انرژی حرکتی که انرژی جنبشی نامیده می شود.
حال جهت آشنایی بیشتر با این دو انرژی به کمک یک مداد آزمایش ذیل را انجام دهید. مداد را در لبهٔ میز گذاشته و آن را به طرف زمین هل دهید. در این حالت انرژی جنبشی باعث حرکت مداد به طرف پایین می شود.
حال مداد را برداشته و دوباره روی میز بگذارید. با استفاده از انرژی خود مداد را برداشته و حرکت دهید . هرچه فاصله از کف زمین بیشتر شود به انرژی آن افزوده خواهد شد. در این حالت اگر مداد برروی میز قرار گیرد دارای انرژی پتانسیل است. هرچه مداد بالاتر باشد در فاصلهٔ دورتری خواهد افتاد یا به عبارت دیگر مداد انرژی پتانسیل بیشتری خواهد داشت.
● چگونه انرژی را اندازه گیری کنیم ؟
انرژی به روشهای مختلفی اندازه گیری می شود. یکی از واحدهای اصلی اندازه گیری انرژی Btu می باشد که یک واحد اندازه گیری حرارت بریتانیایی بوده که البته توسط انگلیسی ها ابداع شده است.
Btu مقدار انرژی گرمایی است که باعث افزایش حرارت یک پوند آب به میزان یک درجهٔ فارنهایت ، در شرایط سطح دریا، می شود. یک Btuمعادل حرارت یک چوب کبریت آشپرخانه است.
یک هزار Btu تقریباً معادل یک آب نبات متوسط یا ۸/۰ یک ساندویچ حاوی کرهء بادام زمینی و مربا است . برای آماده نمودن یک قوری قهوه تقریباً Btu ۲۰۰۰ انرژی نیاز می باشد.
انرژی را می توان برحسب واحد ژول نیز اندازه گیری نمود. تلفظ کلمهٔ ژول (Joules) دقیقاً مثل کلمهٔ Jewels (جواهرات) است. یک هزار ژول برابر یک واحد حرارت بریتانیایی می باشد.
Btu ۱ = ۱۰۰ ژول
بنابراین آماده ساختن یک قوری قهوه دو میلیون ژول انرژی نیاز دارد.
واژهٔ ژول برگرفته از یک دانشمند انگلیسی به نام جیمز پرس کات ژول است که در سالهای بین ۱۸۱۸ تا ۱۸۸۹ زندگی می کرده است. او کشف نمود که حرارت یک نوع انرژی است. یک ژول مقدار انرژی است که برای بلند کردن یک شیء یک پوندی تا ارتفاع ۱۹ اینچ نیاز می باشد. بنابراین اگر بخواهید یک گونی شکر به وزن ۵ پوند را از زمین بلند کرده و برروی پیشخوانی به ارتقاع ۲۷ اینچ قرار دهید ، حدوداً باید ۱۵ ژول انرژی مصرف کنید.
در اقصی نقاط جهان دانشمندان از واحد ژول بیش از Btu جهت اندازه گیری انرژی استفاده می کنند. این امر دقیقاً مصداق استفادهٔ بیشتر از سیستم متر یک (مترو کیلوگرم) به جای سیستم انگلیسی (فوت و پوند) است.
همانند سیستم متریک می توان از کیلوژول نیز استفاده نمود. کیلو به معنی ۱۰۰۰ می باشد.
Btu ۱ = ۱ کیلو ژول = ۱۰۰۰
یک تکه نان تست کره ای حاوی ۳۱۵ کیلو ژول (۳۱۵۰۰۰ ژول ) انرژی است .
▪ با این مقدار انرژی می توان اعمال زیر را انجام داد :
۶- دقیقه پیاده روی آهسته
۱۰ - دقیقه دوچرخه سواری
۱۵- دقیقه پیاده روی سریع
- خواب برای ۱ تا ۵/۱ ساعت
- حرکت دادن ماشین با سرعت ۸۰ کیلومتر در ساعت برای ۷ ثانیه
- روشن نمودن یک لامپ ۶۰ واتی برای ۱ تا ۵/۱ ساعت
- بلند نمودن گونی شکر فوق از کف زمین تا روی پیشخوان به میزان ۲۱۰۰۰ دفعه
● تبدیل انرژی
▪ انرژی غذایی
در زنجیرهٔ غذایی ، شکل انرژی دائماً درحال تغییر است، به عنوان مثال یک خوشهٔ ذرت را در نظر بگیرید. نور خورشید از طریق برگهای ذرت جذب و از طریق فتوسنتز انتقال می یابدو گیاه نور خورشید را جذب و با دی اکسید کربن هوا ، آب و مواد معدنی زمین ترکیب می کند.
گیاه رشد کرده و دانه های ذرت تولید می شود. انرژی نور خورشید در برگها و داخل دانه های ذرت ذخیره می شود. دانه های ذرت پر از انرژی ذخیره شده از قبیل شکر و نشاسته است. ذرت بعد از برداشت برای تغذیهٔ جوجه و سایر حیوانات استفاده می شود. جوجه، با استفاده از انرژی ذخیره شده در ذرت ، رشد نموده و شروع به حرکت می کند. مقداری انرژی نیز در بافت ماهیچه ای حیوان (پروتئین) و در چربی ذخیره می شود.
هنگامی که جوجه بزرگ می شود، کشاورز آن را سر بریده و برای فروش به فروشگاههای مواد غذایی عرضه می کند. والدین شما جوجه را از فروشگاه خریده ، به خانه آورده و آن را می پزند.
سپس شما گوشت جوجه را خورده و انرژی ذخیره شده را به بدن خود منتقل می کنید. شاید جوجه ای را در پیک نیک خورده و سپس به بازی بیسبال پرداخته باشید. شما از انرژی ذخیره شدهٔ آن جوجه برای چرخاندن چوب ، دویدن به دور زمین و پرتاب توپ استفاده می کنید.
هنگامی که بدن شما از انرژی جوجه استفاده می نماید ، شما اکسیژن را تنفس نموده و دی اکسید کربن را خارج می نمایید . این دی اکسید کربن بعداًٌ برای رشد سایر گیاهان استفاده می شود.
انرژی به سایر شکلهای دیگر از انرژی قابل تغییر است ، اما تولید پذیر یا از بین رفتنی نمی باشد. انرژی همیشه به یک شکل یا سایر اشکال دیگر وجود داشته است. در اینجا تبدیل بعضی از انرژیها به یکدیگر توضیح داده شده است.
انرژی ذخیره شده در باتری های یک چرغ قوه را در هنگام روشن بودن آن می توان انرژی نوری نامید. غذا یک نوع انرژی ذخیره شده بوده و مثل یک ماده شیمیایی دارای انرژی پتانسیل است. هنگامی که بدن ما از این انرژی برای انجام کاری استفاده می کند ، باعث تبدیل آن به انرژی جنبشی می شود. اگر شما بیش از حد غذا بخورید ، انرژی موجود در غذا سوخته شده و به صورت انرژی پتانسیل در سلولهای چربی ذخیره می شود.
زمانی که با تلفن صحبت می کنید ، صدای شما به انرژی الکتریکی تبدیل شده و از طریق سیم منتقل می شود.
گوشی تلفنی که در طرف دیگر قرار دارد انرژی الکتریکی را از طریق دهنی به انرژی صوتی تبدیل می نماید. ماشین از انرژی شیمیایی ذخیره شده در بنزین برای حرکت استفاده می کند. موتور، انرژی شیمیایی را به انرژی گرمایی و جنبشی تبدیل می کند.
یک دستگاه تست نان، انرژی الکتریکی را به انرژی گرمایی و نوری تبدیل می کند. (اگر داخل دستگاه تست را نگاه کنید سیمهای درخشان را خواهید دید). یک تلویزیون، انرژی الکتریکی را به انرژی صوتی و نوری تبدیل می کند.
● انرژی گرمایی
گرما شکلی از انرژی است . این انرژی برای اهداف مختلفی از قبیل گرم نمودن خانه و پخت غذا استفاده می شود.
▪ انرژی حرارتی به ۳ طریق قابل انتقال است
۱) هدایت
۲) انتقال
۳) تابش
زمانیکه انرژی مستقیماً از یک شئ به شئ دیگر عبور می کند به آن هدایت می گویند . اگر یک ظرف سوپ برروی اجاق را با قاشق فلزی هم بزنید ، قاشق گرم خواهد شد. بدین ترتیب گرما از محیط گرم سوپ به قاشق سرد منتقل می شود.
فلزات هادی های بسیار خوبی برای انرژی گرمایی هستند، اما چوب و پلاستیک چنین خاصیتی ندارند. این گونه هادی های بد را عایق گویند. به همین دلیل است که معمولاً ظرف از جنس فلز بوده اما دستهٔ آن از جنس پلاستیک قوی است.
انتقال، عبارت است از حرکت گازها و سیالات از یک محل سردتر به محل گرمتر . اگر ظرف سوپ از جنس شیشه باشد، می توان حرکت جریانات انتقالی در ظرف را مشاهده نمود. سوپ گرمتر از ناحیهٔ پایین ظرف، که حرارت بیشتری دارد، به سمت بالا، که سردتر است، حرکت می کند. سپس سوپ سردتر به سمت پایین حرکت نموده و مکان سوپ گرمتر را اشغال می کند. این
حرکت باعث ایجاد یک الگوی چرخشی درون ظرف می شود (به شکل توجه کنید).
بادی که ما حس می کنیم غالباً ناشی از جریانات انتقالی است. این امر توسط وزش بادهای نزدیک اقیانوس به سهولت قابل درک است. هوای گرم سبکتر از هوای سرد بوده و بنابراین اوج می گیرد.
در خلال روز، هوای سرد روی آب حرکت نموده و در خشکی جایگزین هوایی می شود که در اثر دمای زمین اوج گرفته است. اما به هنگام شب جهت این جایگزینی تغییر می کند، به عبارت دیگر بعضی اوقات سطح آب گرمتر و خشکی سردتر است.
تابش، شکل نهایی حرکت انرژی گرمایی است . نور و گرمای خورشید از طریق هدایت و انتقال نمی تواند به ما برسد زیرا فضا تقریباً به طور کامل خالی است . هیچ گونه عاملی برای انتقال انرژی خورشید به زمین نیست.