Както вече знаете, има различни видове енергия които имат различни цели и приложения, поради което ще подготвим много пълен списък, чрез който можете да имате предвид всеки един от тях и, разбира се, да научите и за някои акценти въз основа на техните характеристики, полезността им в ежедневието и ролята им в настоящия енергиен модел.
В общи линии, Енергията е способността на системата да извършва работа или да произвежда промени. Тя присъства във всички физични, химични и биологични процеси: задвижва превозни средства, захранва уреди, позволява на растенията да фотосинтезират и дава възможност на телата ни да изпълняват всички свои жизненоважни функции. Енергията не се създава, нито се унищожава, тя само става по един или друг начин и това обяснява защо можем да получаваме електричество от вятъра, водата, слънцето или изкопаемите горива.
В тази статия ще намерите подробна класификация на различните форми на енергия (механична, топлинна, електрическа, химическа, ядрена и др.), тяхната връзка с възобновяеми и невъзобновяеми енергийни източницикакто и ясни примери и обяснения, за да се разбере как се използват и какво е въздействието им върху околната среда.
Какво е енергия според физиката?
Във физиката енергията се определя като способност за извършване на работаРаботата, от своя страна, се произвежда, когато сила действа върху тяло и го измества на определено разстояние. Тази идея, макар и проста, се простира до много други контексти: един обект може да има енергия поради своето движение, своето положение, своите електрически или магнитни взаимодействия или начина, по който са организирани неговите атоми и молекули.
Ключова характеристика е, че енергията се запазваЕнергията не се появява от нищото, нито изчезва; тя просто преминава от една форма в друга. Например, във водноелектрическа централа потенциалната енергия на съхранената вода се преобразува в кинетична енергия, когато водата пада, в механична енергия в турбините и накрая в електрическа енергия в генераторите.
Голяма част от усилията в науката и инженерството са насочени към намиране на ефективни начини за трансформация на енергията да се задоволят човешките нужди с възможно най-малко въздействие върху околната среда, нещо особено важно в настоящия контекст на изменението на климата и енергийния преход.
Различни видове енергия
Енергията може да се създава, съхранява или прехвърля между обекти и системи по различни начини. Ето как. организиран списък с различните видове енергия, неговите ключови характеристики и примери от ежедневието.
1. Механична енергия
Механична енергия Свързано е с движението и позицията на обекта. в силово поле, обикновено гравитационно поле. Това е сумата от Кинетична енергия (поради движение) и потенциална енергия (поради позиция или деформация).
Понякога говорим за механична енергия транзитория (тази, която се пренася от едно място на друго, например когато машина предава движение) и механична енергия складиран (тази, която остава в системата, например в свита пружина).
Ясни примери за механична енергия биха били кола работи, водата, падаща от водопад, или лопатките на вятърна турбина, въртящи се поради вятъра.
2. Кинетична енергия
Кинетичната енергия е енергията, която тялото притежава поради движението сиАко даден обект не се движи, той няма кинетична енергия. Тази енергия зависи от MASA и скорост на тялото: колкото по-голямо и по-бързо е то, толкова по-голяма кинетична енергия ще има.
Можете да прехвърляне от един обект на друг когато се сблъскат. Например, вятърът, когато движи лопатките на вятърна мелница, предава кинетичната си енергия на ротора на вятърната турбина. Класическото уравнение, което описва това, е E = ½ m v², където може да се види, че малко увеличение на скоростта предполага значително увеличение на енергията.
3. Потенциална енергия
Потенциалната енергия е вид съхранена механична енергияЕдно тяло има потенциална енергия, когато поради своето положение или конфигурация може да извърши работа в бъдеще. Съществуват няколко форми: гравитационна, еластична, електрическа и др.
Например, обект, разположен на определена височина над земята, има гравитационна потенциална енергия, докато свита или разтегната пружина има еластична потенциална енергияКогато обектът падне или пружината се освободи, тази потенциална енергия се трансформира в кинетична енергия.
4. Гравитационна енергия
Гравитационната енергия е специален случай на потенциална енергия. Това е енергията, която Съхранява се поради височината на тялото в гравитационно поле. Колкото по-висок и по-масивен е обектът, толкова по-голямо количество гравитационна енергия ще притежава.
Тази форма на енергия е тази, която се използва например в водноелектрически резервоариВодата, натрупана на височина, има гравитационна енергия, която се преобразува в електричество при освобождаването си и кара турбините да се въртят.
5. Звукова или акустична енергия
Звуковата енергия, наричана още акустична енергия, е енергия, пренасяна от звукови вълниТова се случва, когато сила кара обект или вещество да вибрира, което кара частиците на средата (въздух, вода, твърди тела) да вибрират и вълната да се разпространява.
Ушите ни долавят тези вибрации, а мозъкът ги интерпретира като звук. Примери за това са ежедневните... музика от високоговорител, човешкият глас, шумът на двигател или пукотът на гръмотевици.
6. Електрическа енергия
Електрическата енергия е вид енергия, която се ражда от движението на електрически зарядиТоест, на протоните и най-вече на електроните. Това движение може да се случи само вътре в материали, които действат като шофьори.
Материята е съставена от атоми, които съдържат постоянно движещи се електрони. Чрез манипулиране на тези електрони и карането им да се движат от една точка до друга през проводник се генерира използваема електрическа енергия. За да се осъществи това движение, трябва да има диференциация на потенциала между две точки (напрежение).
Електрическата енергия е многофункционална, тъй като може да се трансформира в светлинна енергия (електрически крушки), Термална енергия (електрически печки) или механична енергия (двигатели), наред с други приложения. Това е формата на енергия, която достига до домовете ни чрез електрическата мрежа.
7. Топлинна енергия
Топлинната енергия е енергия, свързана с температурата на веществотоКолкото по-горещо е едно тяло, толкова по-силно е възбуждането на частиците, които го съставят, и следователно толкова повече топлинна енергия притежава.
Проявява се като топлинна енергияТоест, като топлина, която може да се прехвърли от по-горещо тяло към по-студено. Един ежедневен пример би бил чаша горещ чай: течността има висока топлинна енергия и когато се добави студено мляко, част от тази енергия се прехвърля към млякото, охлаждайки чая.
Количеството топлинна енергия на даден обект се измерва в юлиос (J) и играе централна роля в множество процеси, от климатизацията на сгради до работата на термични двигатели или термоелектрически централи.
Топлинна енергия
Във всеки един от материалите, атомите, изграждащи структурата на молекулите му, остават в постоянно движениеТова движение осигурява енергия на самите атоми, която се трансформира в топлина; тази форма на енергия е известна като топлинна енергия.
Топлинната енергия се възприема като течаща топлина от тяло с по-висока температура към тяло с по-ниска температура. Може да се прехвърли чрез шофиране (сблъсък между частици в контакт), конвекция (движение на течности) или radiación (електромагнитни вълни).
Вътрешна енергия
Вътрешната енергия е тясно свързана с топлината. Тя се отнася до общата енергия, съдържаща се в тялото, дължаща се на движението и взаимодействията на неговите частициКолкото по-горещо е едно тяло, толкова по-голяма е неговата вътрешна енергия.
Промените във вътрешната енергия, например когато нагряваме или охлаждаме даден обект, се проявяват в температурни вариации, промени в състоянието (топене, изпарение) и разширяване или свиване на материалите.
Реакционна енергия
Енергията на реакцията е енергия, която се абсорбира или освобождава под формата на топлина или светлина във всеки химическа реакцияГенерира се от разкъсването и образуването на връзки между атоми и молекули.
Ако реакцията отделя енергия околната среда, се нарича екзотермична реакция (например, изгарянето на гориво). Ако, напротив, абсорбира енергия от околната среда, говорим за ендотермична реакция (като фотосинтеза в растенията или разграждане на определени съединения).
Електромагнитна енергия
Електромагнитната енергия е количество енергия, съхранено в дадена област от пространството поради съществуването на електромагнитно поле. То се проявява под формата на електромагнитни вълни които се разпространяват дори във вакуум със скоростта на светлината.
Включва широк спектър от лъчения: радиовълни, микровълнова печка, инфрачервенвидима светлина, ултравиолетовРентгенови лъчи и гама лъчиВсички те носят лъчиста енергия, макар и с различни дължини на вълните и енергийни нива.
Лъчиста енергия
Лъчистата енергия е енергия, съдържаща се в електромагнитните вълникато радиовълни, инфрачервени или ултравиолетови лъчи и видима светлина. Той има способността да да се движи във вакуум без нужда от физическа опора.
Тази енергия произхожда например от Sol в електрически крушки, лазери или радиоантени. Голяма част от енергията, която достига до Земята, идва от слънчевата радиация, която задвижва процеси като фотосинтеза и регулира климата на планетата.
Светлинна енергия
Светлинната енергия или светлинната енергия е възприемана част от енергията, която се пренася през светлинатаТова е частта от електромагнитния спектър, която очите ни могат да уловят, въпреки че включва и ефекти от близкото лъчение, като например част от инфрачервения или ултравиолетовия спектър.
Той се представя в различни форми в зависимост от това как взаимодейства с материята: може издърпване на електрони на метали (фотоелектричен ефект), генерират топлина върху тъмни повърхности или активират химични процеси като фотосинтеза. Не бива да се бърка с лъчистата енергия като цяло, тъй като последната обхваща по-широк спектър от видимата светлина.
Сред ежедневните примери са енергията на електрическите крушки, мълнията по време на буря, linternas или слънчеви калкулатори.
Магнитна енергия
Магнитната енергия е свързана с магнетизъм, явление, чрез което определени обекти имат способността да генерират сили на привличане или отблъскване върху други материали.
Тази енергия произхожда от естествени или изкуствени магнити и в електрически токове, които генерират магнитни полета. Ежедневни примери включват магнити на вратата на хладилника, електрически двигатели или дори... Магнитното поле на Земята, което ни предпазва от част от слънчевата радиация.
Йонна енергия
Йонната енергия, или йонизационната енергия, се нарича още йонизационен потенциал и се основава на количество енергия, необходимо за отделяне на електрон от атом на елемент, който е в газообразно състояние.
Колкото по-силно е привличането между ядрото и електрона, Колкото по-голяма е йонизационната енергияТова свойство е много важно за разбирането на химическата реактивност на елементите и тяхното поведение в явления като електрически разряди или образуване на плазми.
Химична енергия
Химическата енергия е енергия, съхранена във връзките на химичните съединения (атоми и молекули). Той се освобождава, когато тези връзки се разрушат или образуват в химическа реакция, често произвеждайки топлина (екзотермични реакции).
Метаболитна енергия
Метаболитната енергия е енергията, която Произвежда се от окислителни процеси в живите организмиТо произлиза от приема на храна и се основава на верига от химични реакции, чрез които клетките получават енергия и синтезират необходимите им съединения, като например протеини.
Ядрена енергия
Ядрената енергия е енергията, получена чрез спонтанно или индуцирано освобождаване при ядрени реакцииТова се случва, когато ядрото на атомите се променя чрез процеси на делене (отделяне на тежки ядра) или синтез (съюз на леки ядра).
Поради връзката между маса и енергия Описани от известното уравнение на Айнщайн E = mc², малките вариации в ядрената маса освобождават огромни количества енергия. Тази енергия може да бъде използвана за производство на електроенергия в атомни електроцентрали, въпреки че представлява и значителни предизвикателства по отношение на управлението на отпадъците и безопасността.
Вятърна мощност
Вятърната енергия е вид възобновяема енергия Получава се от вятъра, благодарение на кинетичната енергия, генерирана от въздушните течения. Използва се главно за произвеждат електричество с помощта на вятърни турбини, чиито лопатки трансформират движението на въздуха в движение на ротор, свързан с генератор.
Характеризира се като енергия изобилни, чисти и възобновяемиТова спомага за намаляване на емисиите на замърсяващи газове. Не произвежда отпадъци по време на работа и допринася за диверсификацията на енергийната система. Основният му недостатък е прекъсване на вятъраНе винаги духа с еднаква интензивност или по едно и също време, което усложнява планирането на производството.
Слънчева енергия и фотоволтаична енергия
Слънчевата енергия е енергия, получена от електромагнитното излъчване на СлънцетоНашата планета получава огромно количество слънчева енергия, част от която се отразява обратно в космоса, а друга част се абсорбира от океаните, сушата и облаците, поддържайки средната температура на планетата и правейки живота възможен.
Тази енергия може да бъде използвана от различни начини:
- Фотоволтаична слънчева енергиядиректно преобразува слънчевата светлина в електричество чрез Фотоволтаични клетки изработени от силиций, групирани в панели. Това е модулна и мащабируема технология, от малки инсталации в домове до големи слънчеви централи.
- Топлинна слънчева енергияТой използва слънчевата топлина за загряване на вода или топлинни течности, използвани за отопление, битова гореща вода или промишлени процеси.
- Термоелектрическа слънчева енергияТой концентрира слънчевата радиация с помощта на огледала или лещи, за да достигне високи температури и да произвежда електричество индиректно, например чрез задвижване на парна турбина.
Слънчевата енергия е една от най-перспективните възобновяеми източницизащото Слънцето осигурява енергия, далеч надвишаваща световното човешко потребление, а разходите за нейното овладяване са значително намалени с технологичния напредък.
Геотермална енергия
Геотермалната енергия е възобновяема енергия, която използва топлината от вътрешността на ЗемятаТази топлина идва от геотермалния градиент (повишаване на температурата с дълбочината) и от топлината, генерирана от радиоактивния разпад на определени елементи в земната мантия.
Може да се използва за Отоплителни системиГеотермалната енергия се използва за производство на електроенергия в електроцентрали и в някои случаи дори за охлаждане с помощта на термопомпи. Употребата ѝ зависи силно от географското местоположение: регионите с висока вулканична или геотермална активност предлагат по-голям потенциал.
Хидравлична, водноелектрическа и водна енергия
Водната енергия е вид енергия, която използва кинетичната енергия на движещата се вода (реки, водопади, потоци), за да я преобразуват в електрическа енергия. Когато тази енергия се трансформира посредством язовири, турбини и генератори, тя обикновено се нарича водноелектрическа енергия.
Терминът водноелектрическа енергия Използва се като синоним на водноелектрическа енергия, така че определението му е същото. Счита се за форма на енергия. възобновяеми и чистиИзграждането на големи резервоари обаче може да окаже въздействие върху водните екосистеми и близките човешки общности.
Приливна и морска енергия
Приливната енергия е енергията, получена от овладяване на кинетичната и потенциалната енергия на приливите и отливитеТези приливи и отливи са причинени от гравитационното привличане на Луната и Слънцето върху океаните. Алтернатори и турбини са инсталирани на стратегически места, за да улавят тази енергия и да я трансформират в електричество.
То е част от т.нар. морска енергиякоето включва и използването на вълни (енергия на вълните) и океански течения. Въпреки че на много места все още е в етап на развитие, той има голям потенциал поради редовността на приливите и отливите.
Метаболитна енергия и биомаса
Вече споменахме, че метаболитната енергия е това, което Произлиза от метаболизма на живите съществаНа ниво енергийни източници, свързана форма е биомаса, която използва органична материя от растителен или животински произход (селскостопански, горски, животински отпадъци и др.) за производство на топлина, електричество или биогорива.
Биомасата се счита за източник възобновяема при условие че употребата му се управлява устойчиво, като се избягват практики като масово обезлесяване или изчерпване на почвата.
Възобновяема енергия
Възобновяемата енергия е енергия, която използвайте неизчерпаеми ресурси в природата или които се регенерират бързо в сравнение с потреблението си. Това позволява производството на електроенергия и топлина, без трайно да се изчерпват наличните ресурси.
Примери за възобновяема енергия включват вятърна енергия, The слънчева енергия (фотоволтаични и термични), хидравлика, The геотермален, The прилив, The вълнов мотор и биомасаВсичко това допринася за намаляване на зависимостта от изкопаеми горива и емисии на парникови газове.
Невъзобновяема енергия
За разлика от възобновяемите енергийни източници, невъзобновяемите енергийни източници идват от ограничени ресурси Това са ресурси, които се намират в ограничени количества на Земята и чието естествено възобновяване е изключително бавно. Примери за това са въглища, нефт, природен газ и уран.
Тези източници бяха в основата на индустриалната революция и все още са фундаментални в много страни, но използването им е свързано с... високо въздействие върху околната среда (емисии на CO₂, замърсяване на въздуха и водата, радиоактивни отпадъци) и проблеми с енергийната сигурност поради ограничения си характер.
Звукова енергия
Звуковата енергия, както вече посочихме, е енергия, пренасяна от вълни на налягане които преминават през материална среда. То произлиза от първоначална вибрация (например, струна на китара) и се предава, докато достигне до ушите ни.
Въпреки че обикновено не се използва в масов мащаб за генериране на електроенергия, той има важни приложения в технологиите (медицински ултразвук, сонари, ултразвукови почистващи устройства) и в човешката комуникация.
Вътрешна енергия и енергиен трансфер
Вътрешна енергия и нейната връзка с пренос на топлина Те са от съществено значение за разбирането на процеси като нагряване, охлаждане или работата на топлинни двигатели. Енергията може да се пренася по три основни начина:
- РаботаКогато сила измества обект, се предава механична енергия. Бутането на кутия или компресирането на газ са примери за механична работа.
- ВълниРазпространението на смущения, като звукови вълни или електромагнитни вълни, пренася енергия от една точка до друга.
- топлина: случва се когато енергията преминава от по-горещо тяло към по-студеноМоже да се разпространява чрез проводимост, радиация или конвекция.
Термална енергия
Термалната енергия, известна още като топлинна енергия, е способността да преобразува други форми на енергия в топлина и да предизвика температурни промени. Много конвенционални електроцентрали (въглищни, газови или ядрени) генерират електроенергия от термичен цикъл в който водата се нагрява, за да захранва парните турбини.
В малък мащаб топлинната енергия се съдържа в радиатори, фурни, печки и като цяло във всяка система, която нагрява или охлажда вещества.
Свойства на енергията
Енергията представя няколко основни свойства които помагат да се разбере поведението им в природата и в технологичните системи:
- То трансформираЕнергията не се създава от нулата, а по-скоро се променя от една форма в друга. Например, от химическа енергия в топлинна енергия при горене.
- Запазен еВ затворена система общото количество енергия остава постоянно, въпреки че променя формата си. Не е унищожено.
- Прехвърля сеТо може да преминава от едно тяло в друго или от една система в друга чрез топлина, вълни или работа.
- Той се разграждаНа практика част от трансформираната енергия престава да бъде полезна за извършване на работа (например, тя се разсейва като топлина или шум), което е свързано с концепцията за ентропия.
Това са всички видове енергия, за които трябва да знаем, тъй като те са важна част от живота ни. Ако се вгледаме внимателно в заобикалящата ни среда, ще видим, че често използваме повечето от тях: включваме осветлението (електрическа и светлинна енергия), готвим (топлинна и химическа енергия), придвижваме се (механична и кинетична енергия), използваме електронни устройства (електрическа и химическа енергия) и зависим от възобновяеми и невъзобновяеми източници, за да поддържаме начина си на живот. Отделете няколко минути, за да помислите върху това. какви енергии използваме всеки ден Знанието откъде идват те може да ни помогне да ценим тези ресурси повече, да ги консумираме отговорно и да подкрепим по-устойчив енергиен модел за бъдещето.