Як ви вже знаєте, бувають різні види енергії які мають різні цілі та застосування, тому ми підготуємо дуже повний список, завдяки якому ви зможете врахувати кожен з них і, звичайно, також дізнатися про деякі основні моменти, виходячи з їхніх характеристик, їхньої корисності в повсякденному житті та їхньої ролі в сучасній енергетичній моделі.
Загалом, Енергія – це здатність системи виконувати роботу або спричиняє зміни. Вона присутня у всіх фізичних, хімічних та біологічних процесах: вона рухає транспортні засоби, живить прилади, дозволяє рослинам фотосинтезувати та дає нашим організмам змогу виконувати всі свої життєво важливі функції. Енергія не створюється і не знищується, вона лише стає так чи інакше, і це пояснює, чому ми можемо отримувати електроенергію з вітру, води, сонця або викопного палива.
У цій статті ви знайдете детальну класифікацію різних форм енергії (механічної, теплової, електричної, хімічної, ядерної тощо), їх зв'язок з відновлювані та невідновлювані джерела енергіїа також чіткі приклади та пояснення, щоб зрозуміти, як вони використовуються та який вплив вони мають на навколишнє середовище.
Що таке енергія згідно з фізикою?
У фізиці енергія визначається як здатність виконувати роботуРобота, у свою чергу, виробляється, коли сила діє на тіло та зміщує його на певну відстань. Ця ідея, хоча й проста, поширюється на багато інших контекстів: об'єкт може мати енергію завдяки своєму руху, своєму положенню, електричним чи магнітним взаємодіям або способу організації його атомів і молекул.
Ключовою особливістю є те, що енергія зберігаєтьсяЕнергія не з'являється з нізвідки і не зникає; вона просто переходить з однієї форми в іншу. Наприклад, на гідроелектростанції потенційна енергія накопиченої води перетворюється на кінетичну енергію під час падіння води, на механічну енергію в турбінах і, нарешті, на електричну енергію в генераторах.
Значна частина зусиль у науці та техніці зосереджена на знайти ефективні способи перетворення енергії задовольняти потреби людини з найменшим можливим впливом на навколишнє середовище, що особливо важливо в сучасному контексті зміни клімату та енергетичного переходу.
Різні види енергії
Енергію можна створювати, зберігати або передавати між об'єктами та системами різними способами. Ось як. організований список різних видів енергії, його ключові особливості та повсякденні приклади.
1. Механічна енергія
механічна енергія Це пов'язано з рухом та положенням об'єкта в межах силового поля, зазвичай гравітаційного поля. Це сума Кінетична енергія (через рух) та потенційна енергія (через положення або деформацію).
Іноді ми говоримо про механічну енергію транзиторія (та, що передається з одного місця в інше, наприклад, коли машина передає рух) та механічна енергія зберігається (та, що залишається в системі, наприклад, у стиснутій пружині).
Яскравими прикладами механічної енергії були б автомобіль працює, вода, що падає з водоспаду, або лопаті вітрової турбіни, що обертаються під дією вітру.
2. Кінетична енергія
Кінетична енергія - це енергія, яку тіло має внаслідок рухуЯкщо об'єкт не рухається, він не має кінетичної енергії. Ця енергія залежить від маса і швидкість тіла: чим воно більше та швидше, тим більшу кінетичну енергію воно матиме.
Він може перенесення з одного об'єкта на інший коли вони стикаються. Наприклад, вітер, рухаючи лопаті вітряка, передає свою кінетичну енергію ротору вітрової турбіни. Класичне рівняння, яке це описує, E = ½ м v², де видно, що невелике збільшення швидкості означає значне збільшення енергії.
3. Потенційна енергія
Потенційна енергія – це вид накопичена механічна енергіяТіло має потенційну енергію, коли завдяки своєму положенню або конфігурації воно може виконувати роботу в майбутньому. Існує кілька форм енергії: гравітаційна, пружна, електрична тощо.
Наприклад, об'єкт, розташований на певній висоті над землею, має гравітаційна потенційна енергія, тоді як стиснута або розтягнута пружина має пружна потенційна енергіяКоли об'єкт падає або пружина відпускається, ця потенційна енергія перетворюється на кінетичну енергію.
4. Гравітаційна енергія
Гравітаційна енергія є окремим випадком потенційної енергії. Це енергія, яка Зберігається завдяки висоті тіла у гравітаційному полі. Чим вищий і масивніший об'єкт, тим більшою буде його гравітаційна енергія.
Ця форма енергії використовується, наприклад, у гідроелектростанції: вода, що накопичується на висоті, має гравітаційну енергію, яка при вивільненні перетворюється на електрику та змушує обертатися турбіни.
5. Звукова або акустична енергія
Звукова енергія, яку також називають акустичною енергією, це енергія, що передається звуковими хвилямиЦе відбувається, коли сила змушує об'єкт або речовину вібрувати, що призводить до вібрації частинок середовища (повітря, води, твердих тіл) і поширення хвилі.
Наші вуха сприймають ці вібрації, а мозок інтерпретує їх як звук. Повсякденні приклади включають музика з динаміка, людський голос, шум двигуна чи тріск грому.
6. Електрична енергія
Електрична енергія - це тип енергії, який народжується від руху електричних зарядівТобто, протонів і, перш за все, електронів. Цей рух може відбуватися лише всередині матеріалів, які діють як водії.
Матерія складається з атомів, які містять електрони, що постійно рухаються. Маніпулюючи цими електронами та змушуючи їх рухатися з однієї точки в іншу через провідник, генерується корисна електрична енергія. Щоб відбувся цей рух, має бути diferencia de potencijal між двома точками (напруга).
Електрична енергія дуже універсальна, оскільки її можна перетворювати на світлова енергія (лампочки), теплова енергія (електричні плити) або механічна енергія (двигуни), серед інших застосувань. Це форма енергії, яка потрапляє до наших домівок через електричну мережу.
7. Теплова енергія
Теплова енергія – це енергія, пов'язана з температурою речовиниЧим гарячіше тіло, тим сильніше перемішування частинок, що його складають, і, отже, тим більше теплової енергії воно має.
Це проявляється як теплова енергіяТобто, як тепло, яке може передаватися від гарячішого тіла до холоднішого. Повсякденним прикладом може бути чашка гарячого чаю: рідина має високу теплову енергію, і коли додається холодне молоко, частина цієї енергії передається молоку, охолоджуючи чай.
Кількість теплової енергії об'єкта вимірюється в джоулів (J) і відіграє центральну роль у багатьох процесах, від кондиціонування повітря в будівлях до роботи теплових двигунів або термоелектростанцій.
Теплова енергія
У кожному з матеріалів, атоми, що складають структуру його молекул, залишаються в постійному русіЦей рух забезпечує енергію самим атомам, яка перетворюється на тепло; ця форма енергії відома як теплова енергія.
Теплова енергія сприймається як тече тепло від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою. Його можна передати шляхом водіння (зіткнення між частинками, що контактують), конвекція (рух рідини) або випромінювання (електромагнітні хвилі).
Внутрішня енергія
Внутрішня енергія тісно пов'язана з теплом. Вона стосується загальна енергія, що міститься в тілі внаслідок руху та взаємодії його частинокЧим гарячіше тіло, тим більша його внутрішня енергія.
Зміни внутрішньої енергії, такі як нагрівання або охолодження об'єкта, проявляються в перепади температури, зміни стану (плавлення, випаровування) та розширення або стиснення матеріалів.
Енергія реакції
Енергія реакції - це енергія, яка поглинається або вивільняється у вигляді тепла чи світла в будь-якому хімічна реакціяВін утворюється внаслідок розриву та утворення зв'язків між атомами та молекулами.
Якщо реакція виділяє енергію середовище називається екзотермічна реакція (наприклад, згоряння палива). Якщо ж, з іншого боку, поглинає енергію з навколишнього середовища, ми говоримо про ендотермічна реакція (наприклад, фотосинтез у рослин або розкладання певних сполук).
Електромагнітна енергія
Електромагнітна енергія є кількість енергії, що зберігається в певній області простору через існування електромагнітного поля. Це проявляється у вигляді електромагнітні хвилі що поширюються навіть у вакуумі зі швидкістю світла.
Він включає широкий спектр випромінювання: радіохвилі, мікрохвильова піч, інфрачервонийвидиме світло, ультрафіолетовийРентгенівські промені та гамма-променіВсі вони несуть променисту енергію, хоча й з різною довжиною хвилі та рівнем енергії.
Променева енергія
Промениста енергія – це енергія, що міститься в електромагнітних хвиляхтакі як радіохвилі, інфрачервоні або ультрафіолетові промені та видиме світло. Він має здатність рухатися у вакуумі без потреби у фізичній підтримці.
Ця енергія походить, наприклад, з Сонцеу лампочках, лазерах або радіоантенах. Значна частина енергії, яка досягає Землі, походить від сонячного випромінювання, яке стимулює такі процеси, як фотосинтез, і регулює клімат планети.
Світлова енергія
Світлова енергія, або енергія світла, – це сприймається частка енергії, яка транспортується через світлоЦе та частина електромагнітного спектру, яку можуть сприймати наші очі, хоча вона також включає вплив близького випромінювання, такого як частина інфрачервоного або ультрафіолетового спектру.
Він проявляється в різних формах залежно від того, як взаємодіє з матерією: він може відтягувати електрони металів (фотоелектричний ефект), генерують тепло на темних поверхнях або активують хімічні процеси, такі як фотосинтез. Не слід плутати з променистою енергією загалом, оскільки остання охоплює ширший спектр, ніж видиме світло.
Серед повсякденних прикладів – енергія лампочок, блискавка під час грози, линternas або сонячні калькулятори.
Магнітна енергія
Магнітна енергія пов'язана з магнетизм, явище, завдяки якому певні об'єкти мають здатність генерувати сили тяжіння або відштовхування на інших матеріалах.
Ця енергія бере свій початок у природні або штучні магніти і в електричних струмах, що генерують магнітні поля. Повсякденні приклади включають магніти на дверцятах холодильника, електродвигуни або навіть... Магнітне поле Землі, що захищає нас від частини сонячної радіації.
Іонна енергія
Іонна енергія, або енергія іонізації, також називається потенціалом іонізації та базується на кількість енергії, необхідної для відділення електрона від атома елемента, що знаходиться в газоподібному стані.
Чим сильніше притягання між ядром та електроном, Чим більша енергія іонізаціїЦя властивість дуже важлива для розуміння хімічної реакційної здатності елементів та їхньої поведінки в таких явищах, як електричні розряди або утворення плазми.
Хімічна енергія
Хімічна енергія – це енергія, що зберігається у зв'язках хімічних сполук (атоми та молекули). Він вивільняється, коли ці зв'язки розриваються або утворюються в хімічна реакція, часто виділяючи тепло (екзотермічні реакції).
Метаболічна енергія
Метаболічна енергія – це енергія, яка Він утворюється в результаті процесів окислення в живих організмахВін виникає внаслідок споживання їжі та базується на ланцюгу хімічних реакцій, через які клітини отримують енергію та синтезувати необхідні їм сполуки, такі як білки.
Атомна енергія
Ядерна енергія — це енергія, отримана за допомогою спонтанне або індуковане вивільнення в ядерних реакціяхЦе відбувається, коли ядро атомів змінюється внаслідок процесів ділення (відділення важких ядер) або злиття (об'єднання легких ядер).
Через зв'язок між маса та енергія Описані відомим рівнянням Ейнштейна E = mc², невеликі коливання маси ядра вивільняють величезну кількість енергії. Цю енергію можна використовувати для виробництва електроенергії на атомних електростанціях, хоча це також створює значні проблеми з точки зору управління відходами та безпеки.
Енергія вітру
Вітрова енергія – це вид поновлювані джерела енергії Його отримують з вітру завдяки кінетичній енергії, що генерується повітряними потоками. Його в основному використовують для виробляють електроенергію за допомогою вітрових турбін, лопаті якого перетворюють рух повітря на рух ротора, з'єднаного з генератором.
Він характеризується як енергія рясний, чистий та відновлюванийЦе допомагає зменшити викиди забруднюючих газів. Під час роботи не утворюється відходів і сприяє диверсифікації енергетичної системи. Його головним недоліком є переривчастість вітруВін не завжди дме з однаковою інтенсивністю або в один і той самий час, що ускладнює планування виробництва.
Сонячна енергія та фотоелектрична енергія
Сонячна енергія – це енергія, отримана з електромагнітного випромінювання СонцяНаша планета отримує величезну кількість сонячної енергії, частина якої відбивається назад у космос, а частина поглинається океанами, сушею та хмарами, підтримуючи середню температуру планети та роблячи можливим життя.
Цю енергію можна використовувати з різні способи:
- Фотоелектрична сонячна енергіябезпосередньо перетворює сонячне світло на електрику через Фотоелектричні елементи виготовлені з кремнію, згруповані в панелі. Це модульна та масштабована технологія, від невеликих установок у будинках до великих сонячних електростанцій.
- Теплова сонячна енергіяВін використовує сонячне тепло для нагрівання води або теплових рідин, що використовуються в опаленні, гарячому водопостачання або промислових процесах.
- Термоелектрична сонячна енергіяВін концентрує сонячне випромінювання за допомогою дзеркал або лінз для досягнення високих температур та опосередкованого виробництва електроенергії, наприклад, шляхом руху парової турбіни.
Сонячна енергія є однією з найперспективніші відновлювані джерелаоскільки Сонце забезпечує енергією, що значно перевищує світове споживання людиною, а вартість її використання значно зменшилася завдяки технологічному прогресу.
Геотермальна енергія
Геотермальна енергія – це відновлювана енергія, яка використовує тепло від надр ЗемліЦе тепло походить від геотермального градієнта (збільшення температури з глибиною) та від тепла, що утворюється внаслідок радіоактивного розпаду певних елементів у мантії Землі.
Можна використовувати для Системи опаленняГеотермальна енергія використовується для виробництва електроенергії на електростанціях, а в деяких випадках навіть для охолодження за допомогою теплових насосів. Її використання значною мірою залежить від географічного розташування: регіони з високою вулканічною або геотермальною активністю мають більший потенціал.
Гідравлічна, гідроелектрична та водна енергія
Гідроенергія – це вид енергії, який використовує кінетична енергія рухомої води (річки, водоспади, струмки) для перетворення її на електричну енергію. Коли ця енергія перетворюється за допомогою дамб, турбін та генераторів, її зазвичай називають гідроенергетика.
Термін гідроелектрична енергія Його використовують як синонім гідроелектроенергії, тому його визначення таке ж. Його вважають формою енергії. відновлювані та чистіОднак, будівництво великих водосховищ може мати вплив на водні екосистеми та сусідні людські спільноти.
Припливна та морська енергія
Енергія припливів – це енергія, отримана з використання кінетичної та потенційної енергії припливівЦі припливи спричинені гравітаційним тяжінням Місяця та Сонця на океани. Генератори змінного струму та турбіни встановлені у стратегічних місцях для захоплення цієї енергії та перетворення її на електрику.
Це частина т.зв. морська енергетикащо також включає використання хвилі (енергія хвиль) і океанічні течії. Хоча в багатьох місцях він все ще перебуває на стадії розвитку, він має великий потенціал завдяки регулярності припливів.
Метаболічна енергія та біомаса
Ми вже згадували, що метаболічна енергія – це те, що Він походить від метаболізму живих істотНа рівні джерел енергії пов'язаною формою є біомаса, яка використовує органічні речовини рослинного або тваринного походження (сільськогосподарські, лісові, відходи тваринництва тощо) для виробництва тепла, електроенергії або біопалива.
Біомаса вважається джерелом поновлювані за умови сталого управління його використанням, уникаючи таких практик, як масова вирубка лісів або виснаження ґрунтів.
Відновлювальна енергія
Відновлювана енергія – це енергія, яка використовувати невичерпні ресурси в природі або які відновлюються швидше порівняно з їх споживанням. Це дозволяє виробляти електроенергію та тепло без постійного виснаження доступних ресурсів.
Приклади відновлюваної енергії включають енергія вітру, то сонячна енергія (фотоелектричні та теплові), гідравліка, то геотермальний, то припливні, то хвильовий двигун і біомасаВсе це сприяє зменшенню залежності від викопного палива та викиди парникових газів.
Енергія не підлягає ремонту
На відміну від відновлюваних джерел енергії, невідновлювані джерела енергії походять з обмежені ресурси Це ресурси, що знаходяться на Землі в обмежених кількостях і природне відновлення яких відбувається надзвичайно повільно. Прикладами є вугілля, нафта, природний газ та уран.
Ці джерела були основою промислової революції та досі є фундаментальними в багатьох країнах, але їх використання пов'язане з високий вплив на навколишнє середовище (викиди CO₂, забруднення повітря та води, радіоактивні відходи) та проблеми енергетичної безпеки через його обмежений характер.
Звукова енергія
Звукова енергія, як ми вже зазначали, це енергія, що переноситься хвилями тиску що поширюються через матеріальне середовище. Воно походить від початкової вібрації (наприклад, струни гітари) і передається, доки не досягне наших вух.
Хоча його зазвичай не використовують у великих масштабах для виробництва електроенергії, він має важливе застосування в технологіях (медичний ультразвук, гідролокатор, ультразвукові очищувальні пристрої) та в людському спілкуванні.
Внутрішня енергія та передача енергії
Внутрішня енергія та її зв'язок з теплопередача Вони є важливими для розуміння таких процесів, як нагрівання, охолодження або робота теплових двигунів. Енергія може передаватися трьома основними способами:
- ПрацюватиКоли сила зміщує об'єкт, передається механічна енергія. Штовхання ящика або стиснення газу є прикладами механічної роботи.
- ХвиліПоширення збурень, таких як звукові хвилі або електромагнітні хвилі, переносить енергію з однієї точки в іншу.
- Тепло: це трапляється коли енергія переходить від гарячого тіла до холоднішогоВін може поширюватися шляхом теплопровідності, випромінювання або конвекції.
Термальна енергія
Теплова енергія, також відома як теплова енергія, - це здатність перетворювати інші форми енергії на тепло і для створення змін температури. Багато традиційних електростанцій (вугільних, газових або атомних) виробляють електроенергію з тепловий цикл в якому вода нагрівається для живлення парових турбін.
У невеликих масштабах теплова енергія присутня в радіаторах, духовках, плитах і загалом у будь-якій системі, яка нагріває або охолоджує речовини.
Властивості енергії
Енергія представляє кілька основні властивості які допомагають зрозуміти їхню поведінку в природі та в технологічних системах:
- Це трансформуєЕнергія не створюється з нуля, а радше переходить з однієї форми в іншу. Наприклад, з хімічної енергії на теплову в процесі горіння.
- ЗберігаєтьсяУ замкнутій системі загальна кількість енергії залишається постійною, навіть якщо вона змінює форму. Воно не знищене.
- Його передаютьВоно може переходити від одного тіла до іншого або від однієї системи до іншої за допомогою тепла, хвиль або роботи.
- Це деградуєНа практиці частина перетвореної енергії перестає бути корисною для виконання роботи (наприклад, вона розсіюється у вигляді тепла або шуму), що пов'язано з поняттям ентропії.
Це всі види енергії, про які нам потрібно знати, оскільки вони є важливою частиною нашого життя. Якщо ми уважно подивимося на наше оточення, то побачимо, що ми часто використовуємо більшість із них: ми вмикаємо світло (електрична та світлова енергія), ми готуємо (теплова та хімічна енергія), ми пересуваємося (механічна та кінетична енергія), ми використовуємо електронні пристрої (електрична та хімічна енергія), і ми залежимо від відновлюваних та невідновлюваних джерел для підтримки нашого способу життя. Приділіть кілька хвилин, щоб поміркувати над цим. які енергії ми використовуємо щодня Знання їхнього походження може допомогти нам більше цінувати ці ресурси, споживати їх відповідально та підтримувати більш сталу енергетичну модель у майбутньому.