راهنمای جامع فیزیک/انرژی چیست؟
| مفهوم کار | انرژی چیست؟ | انواع انرژی |
از زمانی که انسانهای اولیه شروع به استفاده از انرژی کرده‌اند تا حال، انرژی به انرژیهای قدیمی و انرژیهای نو تقسیم بندی می‌شود.
انرژیهای قدیمی شامل: چوب، زغال سنگ، انرژی باد (برای کشتیهای بادی)، نفت و ... می‌باشند.
انرژیهای نو شامل: انرژی خورشید، باد (برای ماشینهای بادی امروزی)، هیدروژن، اتم، انرژی هسته‌ای و ... هستند.
این روزها همه صحبت از صرفه جویی در مصرف انرژی است و دانشمندان بیشترین تلاش خود را صرف پیدا کردن راههایی برای بدست آوردن انرژی بیشتر و ارزانتر می‌کنند و از باد، خورشید، جزر و مد دریاها و انرژی موجود در اتمها نیز مدد می‌جویند. اما جالب است بدانید که همین دانشمندان هم به سختی می‌توانند، تعریف دقیقی از انرژی ارائه کنند.
در حقیقت اگر انرژی را به صورت «کار ذخیره شده» یا «توانایی انجام کار» تعریف کنیم، توانسته‌ایم تا حدود زیادی تعریفی از انرژی ارائه نمائیم. هر چند که این تعریف چندان جامع و کامل نیست. در حقیقت وجود ما و دنیای اطراف ما بدون وجود انرژی و حتی تبدیل آن به صورتهای گوناگون امری محال است؛ لذا انرژی نه از بین می‌رود ونه به وجود می‌آید!
در تعریف انرژی می‌توانیم بگوییم که: انرژی توانایی انجام کار است. یعنی تمامی موجودات برای انجام کار باید غذا مصرف کنند تا این غذا بصورت انرژی در ماهیچه‌های آنها ذخیره شود که در موقع لازم بتوانند از آن استفاده کنند. با پیشرفت و انقلاب تکنولوژیک تمامی دستگاهها و ماشینها به نوعی از انرژیهای مختلف استفاده می‌کنند. مثلاً ماشین بنزین مصرف نکند برای ما نمی‌تواند کار انجام دهد یا یخچال انرژی الکتریکی مصرف نکند، نمی‌تواند عمل سرمایشی انجام دهد.
در حقیقت انرژی همواره از صورتی به صورت دیگر تبدیل می‌شود و همین امر کارها را به سرانجام می‌رساند. برای نمونه انرژی موجود در دریاچه‌های پشت سدها، انرژی ارتفاعی است. خودورهای در حال حرکت، مثل بسیاری از اشیا متحرک دیگر، دارای انرژی حرکتی هستند. در کمان تیراندازی انرژی کششی نهفته است و در ابرهای باران زا نیز می‌توانیم انرژی الکتریکی را بیابیم. اما این انرژی کار آمد و مهم را چگونه اندازه‌گیری می‌کنند!؟
موقعیت جهانی انرژی
ویرایشسرنوشت انسانها بر این روال است که در مقابل خطر متحد می‌شوند؛ ولی بر عکس در مورد مراکز هسته‌ای عقاید بسیار متفاوت است. زیرا بعضی از ملتها از دیگری می‌ترسند. در چنین شرایطی، قانون طبیعی اتحاد به علت استفاده نادرست توسط قانون دیگر طبیعت به نام عدم اعتماد جایگزین می‌شود.
بخشی از مردم به انرژی توجه بیشتری دارند و تنها راه حل را در افزایش مصرف انرژی الکتریکی که از انرژی اتمی تولید می‌شود، می‌دانند و تصور می‌کنند که افزایش تکنیک، سبب کاهش خطر به میزان قابل توجه برای همه خواهد بود. آنان در اتم، در ادامه آنچه که در شیمی، در هواپیمایی، در پزشکی و در تحقیقات فضایی انجام یافته، پیشرفت حتمی را می‌بینند.
بعضی دیگر از انرژی اتمی بیمناک هستند آنها بمب اتمی را بخاطر می‌آورند که به توسط مواد رادیواکتیو تشعشعات هسته‌ای نامرئی را بوجود می‌آورند، که برای محیط زیست بسیار زیان بار است.
طرفداران استفاده از انرژیهای غیر هسته‌ای، اجتماع طبیعت و علم را جویا هستند تا روشهای دیگری را برای تولید انرژی و برای انرژی گیری بوجود می‌آورند.
اندازه‌گیری انرژی
ویرایشبدون تردید اندازه‌گیری انرژی با توجه به اهمیت زیاد آن، باید بسیار دقیق باشد، آن هم با ارزش روزافزون انرژی، که دنیا را دگرگون ساخته است. برای اندازه‌گیری انرژی واحدهایی وجود دارند که معروفترین آنها «کیلو وات - ساعت» (KWh) است. میزان مصرف برق هر وسیله برقی خانگی را با همین واحد اندازه‌گیری می‌کنند.
منابع انرژی
ویرایشما برای تأمین انرژی مورد نیاز خود سه گروه انرژی را در اختیار داریم. گروه اول مواد سوختی سنگواره‌ای، از قبیل زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی هستند که بازمانده گیاهان وجانورانی می‌باشند که میلیونها سال قبل می‌زیسته‌اند. جالب اینکه، این منابع بسیار مهم انرژی، که می‌توان از آنها دارو و بسیاری از مواد مصنوعی ارزشمند دیگر را تهیه کرد، در حجم وسیعی سوزانده می‌شوند.
گروه دوم منابع انرژی تجدید شدنی است. مانند خورشید، باد، جزر و مد، نیروی آب و گرمای محیط، که بدون دخالت انسان خود به خود تجدید می‌شوند و به محیط زیست نیز صدمه نمی‌زنند. متأسفانه استفاده چندانی از اینگونه انرژیها به عمل نمی‌آید. گروه سوم نیز «مواد سوختنی هسته‌ای» مانند «اورانیوم» و «پلوتونیوم» هستند که انرژی عظیم و شگفت آوری را برای ما به ارمغان می‌آورند و این انرژی از هسته اتم به عمل می‌آید. جالب است بدانید که از سوختن یک کیلوگرم زغال سنگ تقریباً هشت کیلو وات ساعت حرارت بدست می‌آید، در صورتی که از یک کیلوگرم اورانیم ۲۳۰۰۰۰۰۰ کیلو وات ساعت حرارت حاصل می‌شود. البته این انرژی در صورت استفاده نادرست خطرات غیرقابل باوری را به همراه می‌آورد.
انرژی را به صورت دیگر نیز دسته‌بندی می‌کنند. برای نمونه آن را به دو دسته انرژی اولیه و ثانویه تقسیم بندی می‌کنند. «انرژی اولیه» انرژی بدست آمده از موادی است که بطور طبیعی وجود دارند، که از جمله می‌توان از نفت خام، گاز و زغال سنگ نام برد. در حالی که «انرژی ثانویه» آن دسته از انرژیهایی هستند که از ناقلان انرژی اولیه بدست می‌آیند. مانند جریان الکتریکی، بنزین و مواد سوختنی گرمازا. متأسفانه، هنوز علم انسان آنقدر پیشرفت نکرده است که از قسمت اعظم انرژی استفاده کند، زیرا تنها قسمت بسیار کوچکی از آن بصورت مفید به مصرف می‌رسد که از این مقدار کم، بیشترین سهم به مصرف در لوازم خانگی اختصاص دارد و صنایع در ردیف دوم قرار دارند و وسایل نقلیه عمومی در ردیف کم مصرف‌ترین وسایل قرار دارند.
چشم انداز
ویرایشنیاز جهانی به انرژی اولیه در حال حاضر حدود ۱۲ میلیارد تن SKE (واحد زغال سنگ) در سال است و مسلماً این مقدار انرژی مورد نیاز، پیوسته بیشتر و بیشتر هم خواهد شد و این در حالی است که اگر انسانها با صرفه جویی زیاد هم انرژی را مصرف کنند، تا یکصد سال دیگر موادی مثل نفت خام و گاز پایان می‌رسند و زغال سنگ نیز حداکثر تا دو قرن دیگر پاسخگوی بخشی از نیاز شدید انسان به انرژی خواهد بود. ذخایر اورانیوم قابل استخراج زمین نیز توانایی تولید ۱۵۳ میلیارد تن SKE انرژی را دارند.
این مقدار در نگاه نخست ناچیز به نظر می‌رسد، ولی با توجه به دستیابی انسان به فن‌آوریهای جدید می‌تواند چندین قرن مسأله انرژی را حل کند، اما برای آینده دور ناچیز است! به هر حال احتمال یافتن انرژیهای نو در قرنهای آینده هم غیر ممکن نیست و می‌توان آن را بدست آورد، مشروط بر اینکه آلودگی ناشی از مصرف انرژی طبق روند کنونی پیش نرود و محیط زیست انسان و سایر جانداران را به مخاطره نیندازد.
در حقیقت ما به اندازه مواد موجود انرژی داریم. سنگ، ساعت و انسان همه یک وجه اشتراک دارند که همان جرم آنهاست که وزن مخصوص است. هر چیزی که جرم دارد ماده است. البته ناقلان انرژی بدون جرم نیز وجود دارند. برای نمونه امواج نوری جزو این دسته هستند. تا آغاز قرن کنونی چنین فرض می‌شد که جرم و انرژی دو چیز متفاوت هستند و هرگز به یکدیگر تبدیل نمی‌شوند. اما در اوایل قرن حاضر «آلبرت انیشتین» ثابت کرد که ماده فقط یکی از شکلهای متعدد قابل تصور انرژی است. او با فرمول معروف خود E = mc2 که رابطه بین سرعت، جرم و انرژی را بیان می‌کند، سخن از تبدیل ماده به انرژی را به میان آورد و دنیای علم را دگرگون ساخت و واکنشگرهای (رآکتورها) اتمی را برای بشر به ارمغان آورد.
منبع
ویرایشکتاب فیزیک از آغاز تا امروز نوشته حسین جوادی چاپ دوم شهریور ۱۳۸۷ انتشارات اندرز