انرژی وانواع آن

● انرژی چیست ؟
▪ در جهان هستی در مقابل دو پدیده شناخته شده قرار داریم:
۱) مواد بیجانی که فقط از اتم ها و ملکولها تشکیل شده اند و نظام حرکتی الکترون ها به دور هسته بر آنها غالب و حاکم است.
۲) ذراتی که علاوه بر داشتن نظام الکترونی ، خاصیت زایندگی ، تولید مثل و توسعه به انواع مختلف را دارد که به آنها سلول می گوئیم .
حیات با پیچیدگی بسیار در سلولها جریان دارد . از ذره ای ناچیز، درختی تنومند با بار فراوان و یا حیوانی ستبرویا انسانی با کمال خلق می شود .
یک سلول ساده در زمانی کوتاه به سلولهای زیادی، آنهم نه ضرورتاً از نوع خودش بلکه به صور مختلف ، با نظم توسعه یافته و هر دسته از سلولها قسمتی از بدن حیوان و یا انسان را می سازند.
با آنکه راز خلقت مسئله ای غامض و پر رمز و راز است و تصور آن در ذهن کوچک بشر ( در مقایسه با عظمت طبیعت ) نمی گنجد ولی سالیان درازی است به این نکته آگاهیم که اگر تزریق انرژی به این سلولها را قطع نماییم و یا از کسب انرژی آنها جلوگیری نماییم حیات متوقف میشود. پس سزاوار است که انرژی را جوهرحیات بدانیم زیرا نه تنها قطع آن ، حیات را متوقف میکند بلکه سبب می شود که اجسام غیر زنده نیز به حالت اولیه باقی مانده و فعل وانفعال در آنها متوقف گردد و کلیه خواص تبدیل ، از آنها زایل شود. چه با نگرش توحیدی و چه بادید مادیگری(نظریه تزوآنتی تز) به جهان نگاه کنیم ، بهر حال در یک اصل نمی توان شک کرد و آن عبارتست از:اثر قاطع و تعین کننده انرژی در حیات جهان فلذا این اکسیر حیات که حاکمیت قطعی بر پیدایش عالم داشته وادامه حیات را میسر نموده است امروزه میرود که مشکلات عظیمی در زندگی انسانها ایجاد نماید لذا با یستی رفع این مشکل طرف توجه نخست متفکرین جهان قرار گیرد.
انرژی نه تنها جوهر حیات است ، بلکه رشد حیات نیز یکی از صور انرژی است که با ظرافت بسیار ، ارتباط حیات را برقرار میکند . مسئله امواج پخش شده از مغز بشر که بنام اشعه های
نام گذاری شده ( این اشعه نباید با اشعه فرکانس بسیار بالای فیزیک اشتباه شود) و نقش الکتریسته در فرمان سلسه اعصاب و بالاخره اثر جاودان و حیاتی خورشید در رویش گیاهان ، حیات دریاها و زندگی بشر و تمام تحولات شیمیایی و فیزیکی که از امواج و ذرات نورانی نظم جهان را حفظ می نماید نشان آنست که در ظرافت ارتباطات پیجیده رشد و توسعه حیات انرژی هم موجد است و هم وسیله.
در بسیاری از متون به طور کلی انرژی را به صورت ساده «قابلیت یا ظرفیت انجام کار» تعریف نموده اند . این تعریف جامع و برگرفته ازمکانیک نیوتنی است بر مبنای خواص اجرام متحرک .
مفهوم انرژی ریشه اصلی علوم ترمودینامیک ، فیزیک ذره ای ، شیمی و الکترو مغناطیس است . رابطه جرم و انرژی انیشتین که نشان دهنده رابطه بین این دو عامل است یعنی E=M.C۲ را در نظر می گیریم .
E مقدار انرژی ، m جرم ماده وc سرعت نور می باشد و هم چنین رابطه پلانک که مبنای تئوری کوانتوم است نشان دهنده تبدیل انرژی در رابطه با تابش است . در این رابطه E=h.v کوانتای انرژی تابعی است از فرکانس تابش ، که در این رابطه هم E مقدار انرژی ( مقدار کوانتای انرژی) و V فرکانس تابش وh ضریبی است که بنام ثابت پلانک خوانده میشود و مقدار آن برابر است با :
( بر حسب ارگ ـ ثانیه ) ۱۰× ۶۲۵۵/۶=h
اگر این ضریب در فرکانس یک فوتون ضرب شود مقدار انرژی ـ فوتون را نشان میدهد .
با وجود آنکه می توان انرژی را بطور مختصر تعریف کرد ولی این تعریف نیاز به تعریف کار و قدرت دارد . در قلمرو فیزیک کار فقط زمانی انجام می شود که قدرتی بر جسمی اعمال شده و جسم در همان زمان در جهتی که بردار نیرو میباشد شروع به حرکت نماید . مقدار کار انجام شده از نقطه a به نقطه b ( تحرک جسم از a به b ) به صورت زیر است:
F مجموع نیرو اعمال شده و زاویه بین جهت f و جهت جابجایی ذره (ds) است . در سیستم M.K.S کار به صورت نیوتن - متر ، ( ژول) و در سیستم انگلیسی با واحد فوت ـ پوند نشان داده میشود. قدرت به صورت عاملی تعریف میشود که توسط آن کار صورت می گیرد . متوسط قدرت اعمال شده توسط یک عامل در مدت معلوم از زمان برابر است با حاصل جمع کارانجام شده توسط آن عامل در زمان مشخص تقسیم بر مدت زمان.
و قدرت یا توان لحظه ای عبارت است از :
حال اگر به تعریف انرژی برگردیم که عبارت بود از ظرفیت انجام کار ، این تعریف شاید بدین صورت بهتر فهمیده شود ( انرژی عاملی است که هنگام انجام گرفتن کار تحلیل میرود ( کاهش می یابد ) و مقدار این کاهش برابر با کار انجام شده است .واحد انرژی مشابه واحدهایی است که در مورد کار بیان می شود.در جدول زیر(ضرایب تبدیل واحـــدهای مختلف ومتعارف انرژی) بیان گردیده است:
● انواع انرژی
پس از درک مفهوم انرژی به طبقه بندی انواع انرژی می پردازیم :
انرژی بر حسب موقعیت جسم حامل انرژی و یا نحوه تولید انرژی معمولاً به گونه های زیر تقسیم بندی میشود :
ـ طبقه بندی شماره (۱)
الف) انرژی جنبشی
ب) انرژی پتانسیل
ـ طبقه بندی شماره (۲)
الف) انرژی فسیلی (پایان پذیر)
ب) انرژی غیر فسیلی (تجدید شونده)
▪ انرژی جنبشی : بطور کلی هر ماده ای که متحرک باشد (دارای سرعت باشد) قابل وقادربه انجام دادن کاری می باشد یعنی قابلیت انجام یک کار فیزیکی را دارد به عبارت دیگر این ماده دارای انرژی است که به این نوع انرژی ، انرژی جنبشی می گویند. باد ، آب جاری ، اجزای متحرک ماشینها ، ملکولهای بخار آب یا گاز منفجر شونده دارای انرژی جنبشی هستند .
▪ محاسبه انرژی : اگر جسمی با جرم M دارای سرعت v باشد توانایی انجام کار را دارد یعنی اگر به جسمی برخورد کند با شرایط مناسب و کافی می تواند برآن اثر بگذارد و یا آن را جابجا کند . این مقدار انرژی را با نمایش داده و مقدار ان عبارتست از :
▪ انرژی پتانسیل : وقتی اجسام در حال حرکت نیستند (ساکن هستند) دارای نوعی انرژی می باشد که در انها ذخیره شده است و بر حسب موقعیت جسم نسبت به مبدأ یا انرژی شیمیایی ذخیره شده در آن و.... توانائی انجام کار را دارند . البته اجسام متحرک هم می توانند علاوه بر انرژی جنبشی دارای انرژی پتانسیل باشد . انرژی پتانسیل غیر فعال است و فقط در صورت آزاد شدن، قادر به انجام کار می باشد مثل سنگی که به فاصله یک متر نسبت به مبدأ (سطح زمین) بالا برده باشیم یا بنزنی که هنوز تحت عمل احتراق واقع نشده و ماده رادیواکتیوی که هنوز عملیات انرژی زائی بر روی آن انجام نشده است و یا تیری که در کمان هنوز رها نشده و یا فنری که جمع کرده باشیم و یکباره آنرا رها نماییم . انرژی ماهیچه ای ، آب ذخیره شده پشت دیوارسد از معمولترین انرژیهای پتانسیل به شمار میآیند . رایج ترین و آشناترین نوع انرژی پتانسیل انرژی گرانشی می باشد و عبارتست از : اگر به جسمی به جرم m به اندازهh از یک سطح معیین بالا رود انرژی معادل m.g.h در ان جسم ذخیره می شود که مقدار آن را داریم :
ناگفته نماند انرژی درونی اجسام تلفیقی از انرژی پتانسیل و جنبشی می باشد، چون ذرات درون ملکولها (حرکت اتم ها نسبت به یکدیگر) و به علاوه ذرات درون اتم نسبت به دیگرذرات دارای انرژی پتانسیل هستند و هم چنین الکترونهای دوار هم بدور هسته دارای انرژی جنبشی هستند که مجموع این انرژی ها را انرژی درونی ماده می گویند .
مهم ترین نوع انرژی از این حیث طبقه بندی انرژی شیمیایی می باشد که نوعی انرژی پتانسیل است و تا زمانی که این انرژی آزاد نگردد ( بر اثر احتراق و انفجار ) این انرژی قابل انجام کار نیست مثل انرژی درون بنزین یا نفت سفید. انرژی شیمیایی از این جهت که حتماً واکنش شیمیایی می بایست صورت گیرد تا آزاد شود تحت این نام خوانده می شود .
اصطلاح« انرژی مکانیکی» در واقع نوعی انرژی جنبشی هست که می تواند ماشینهارا به راه اندازد زیرا هر انرژی جنبشی قادر نیست ماشینهارا به کار وادار نماید مثلاً اگر باد به دسته یک تلمبه بخورد تلمبه قادر به انجام حرکت و راه افتادن نمی باشد فلذا می بایست انرژی جنبشی را به طریقی به انرژی مکانیکی تبدیل نماییم تا بتواند ماشین را راه بیندازد.
ـ تقسیم بندی انرژی در بحث اقتصاد انرژی و حامل های انرژی به این گونه است :
۱) انرژی فسیلی (تجدید ناپذیر)
۲) انرژی غیر فسیلی ( تجدید پذیر)
▪ انرژی فسیلی : موادی که در اثر فساد اجساد و بقایا وفسیل جانوران و گیاهان و جانداران دیگر از قبیل آغازیان بوجود آمده اند تحت عنوان مواد فسیلی مشهورند این مواد علی الا غلب درون خود انرژی شیمیایی نهفته ای دارند که به آن انرژی فسیلی می گویند . نمونه بارز این مواد نفت ، گاز ، زغال سنگ می باشد .
عناصر تشکیل دهنده سوخت های فسیلی هیدروژن و کربن می باشد که البته عناصر دیگری از قبیل نیتروژن ، گوگرد ، اکسیژن ، فسفر و ترکیبات کلسیم و آلومینیم هم در آنها یافت می شود .
نسبت اتمی هیدروژن به کربن در زغال سنگ حدود یک یا کمتر ، در نفت خام حدود ۲تا ۳و درگاز طبیعی حدود ۴ می باشد .
معمولاً مقداری خاکستر از اکسید فلزات و سلیکات های تشکیل دهنده در زغال سنگ و نفت خام دیده می شود ولی این مقدار خاکستر در زغال سنگ بیشتر از نفت خام است.
از آنجا که حالت پایدار کربن در شرایط متعارف محیط ، گرافیت است لذا اغلب سوختهای فسیلی در طبیعت ناپایدارند اطلاعات ناشی از ترمودینامیک ( آنتالپی Delta H) یا انرژی آزاد نشان می دهد که تنها هیدوکربن های پایدار در شرایط متعارف اتان و متان هستند .
مواد هیدرو کربن دار مانند زغال سنگ ، نفت خام و اغلب ترکیباتی آلی از نظر ترمودینامیکی ناپایدار بوده و تمایل به تجزیه به ملکول های ساده تشکیل دهنده اولیه خود را دارند . عامل باز دارنده این تجزیه، سرعت کم واکنش ها در موجودات جاندار، تغذیه پیوسته آنها با مواد آلی می باشد .
امروزه سوخت های فسیلی اعم از جامد ، مایع و گاز از مهمترین مواد اولیه مورد استفاده در صنایع تولید هستند .

تهیه کننده : بهرام خواجه احمدی

منبع : پایگاه خبری تحلیلی نفت و انرژی ایران و جهان