آشنایی با مفهوم انرژی و انواع آن

سایت تخصصی در زمینه انرژی و انرژی های تجدید پذیر

سه شنبه ۲۵ خرداد ۰۰

آشنایی با مفهوم انرژی و انواع آن


انرژی چیست؟
انرژی قابلیت انجام کار می باشد و به صورت های مختلفی وجود دارد مانند انرژی حرارتی، انرژی مکانیکی، انرژی شیمیایی و هسته ای، نور و
 انرژی در همه جا وجود دارد و ما برای انجام تمام کارها از آن استفاده می کنیم. مثل راه رفتن، غذا پختن و
در فیزیک، انرژی (به فرانسوی: Énergie) (از واژه یونانی ἐνεργός، به معنی فعالیت، عملیات) یا کارمایه، خاصیت کمیتی است که برای انجام کار یا حرارت دادن باید به یک شی منتقل شود. انرژی، کمیتی بنیادین است که برای توصیف وضعیت یک ذره، شیء یا سامانه به آن نسبت داده می‌شود. در کتاب‌های مرجع فیزیک انرژی را به صورت توانایی انجام کار تعریف می‌کنند. ِ تا به امروز گونه‌های متفاوتی از انرژی شناخته شده که با توجه به نحوهٔ آزادسازی و تأثیرگذاری به دسته‌های متفاوتی طبقه‌بندی می‌شوند از آن جمله می‌توان انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل، انرژی گرمایی، انرژی الکترومغناطیسی، انرژی شیمیایی و انرژی الکتریکی و انرژی هسته‌ای را نام برد. در علم فیزیک انرژی را به دو بخش تفسیم می‌کنند:

    اکسرژی (بخش مفید انرژی)
    انرژی (بخش قابل تبدیل انرژی (انرژی در واقع به نوعی از انرژی تبدیل می‌شود که در آن شرایط برای ما ممکن است مفید یا غیر مفید باشد)).

عامل، حامل و منبع همه گونه انرژی‌هایی که بشر از آن استفاده می‌کند (انرژی مواد فسیل، انرژی آبی و غیره) خورشید است، بجز انرژی هسته‌ای.

طبق نظریهٔ نسبیت مجموع «جرم و انرژی» پایدار و تغییرناپذیر است (و آن را قانون پایستگی انرژی می‌نامند)؛ بدین معنا که انرژی از شکلی به شکل دیگر یا به جرم تبدیل شود ولی هرگز تولید یا نابود نمی‌شود. بر طبق تئوری نور بقای جرم و انرژی پیامدی از این اصل است که قوانین فیزیکی در طول زمان بدون تغییر باقی می‌مانند. انرژی هر جسم (طبق نسبیت خاص) جنبش ذرات بنیادی آن جسم است و مقدار آن از معادلهٔ معروف آلبرت اینشتین بدست می‌آید: E = m c 2 {displaystyle E=mc^{2}!} E=mc^2! (باید توجه کرد که این معادله تنها انرژی موجود ذرات را نشان می‌دهد و نه دیگر گونه‌های انرژی (مانند جنبشی یا پتانسیل). انرژی توانایی انجام کار است یعنی ما برای اینکه بتوانیم کارهای خود را انجام دهیم یا حتی حرکت کنیم به انرژی نیاز داریم.
انواع انرژی

به طور کلی دو نوع انرژی داریم.
1- انرژی ذخیره شده ( انرژی پتانسیل )
2- انرژی جاری ( انرژی جنبشی)
غذایی که می خوریم حاوی انرژی شیمیایی است، بدن انسان این انرژی را در خود ذخیره می کند و آن را تا زمانی که نیاز نداشته باشد، در خود نگه می دارد.

انرژی جنبشی شامل انرژی الکتریکی، تابشی، گرمایی، انرژی اجسام متحرک، صوت و ... می شود.

انرژی پتانسیل نیز شامل انرژی شیمایی، انرژی مکانیکی ذخیره شده ( مثل یک فنر فشرده شده )، انرژی هسته ای و انرژی گرانشی می شود.

منابع انرژی

تمامی انرژی ها در منابعی ذخیره شده اند و ما روزانه از آن ها استفاده می کنیم.

منابع انرژی به طور کلی به دو بخش تقسیم می شوند.

منابع انرژی تجدید پذیر مانند انرژی توده زنده، انرژی زمین گرمایی، آب، باد، خورشید

منابع انرژی تجدید ناپذیر مانند نفت، گاز، ذغال، انرژی هسته ای

 منبع انرژی تجدید پذیر به منبع انرژی ای گفته می شود که در زمان کمی قابل استفاده ی مجدد گردد.

منبع انرژی تجدید ناپذیر به منبع انرژی ای گفته می شود که اگر آن را مصرف نماییم قادر نخواهیم بود در زمان کم، آن را دوباره محیا نماییم.

منابع انرژی تجدید پذیر و تجدید ناپذیر هر دو برای تولید انرژی های ثانویه مانند الکتریسیته استفاده می شوند.

همان گونه که خواندیم منابع انرژی تجدید پذیر شامل انرژی توده زنده، آبی، زمین گرمایی، باد، خورشیدی، انرژی اقیانوس ها و .... می شود.

منابع انرژی تجدید ناپذیر نیز شامل نفت، گاز طبیعی، ذغال، اورانیوم ( انرژی هسته ای) ... می شوند.

به طور کلی، تمامی سوخت های فسیلی جزء منابع انرژی تجدید ناپذیر حساب می شوند.

حال درباره هر یک از انواع انرژی های فوق به مختصر توضیح می دهیم.

توده زنده  (Biomass): توده زنده، مواد آلی ساخته شده از گیاهان و حیوانات می باشد که حاوی انرژی ذخیره شده خورشید می باشد.

گیاهان در حین فتوسنتز انرژی خورشید را جذب می کنند. انرژی شیمیایی گیاهان به انسان ها و حیواناتی که آن ها را می خورند منتقل می شود.

توده زنده یک انرژی تجدیدپذیر است زیرا گیاهان همیشه در حال رشداند و زباله نیز همیشه تولید می شود. به عنوان مثال هایی از توده زنده می توان به چوب، زباله، کود و برخی پسماندها اشاره نمود.

 انواع توده زنده: برای آزاد کردن انرژی این مواد، تنها می توانیم آن ها را بسوزانیم.

  آب: آب از قدیمی ترین منابع انرژی است. برای استفاده از انرژی پتانسیل ذخیره شده در آب، از نیروگاه آبی استفاده می شود ( مثل نیروگاه کارون، کرج و ... ) نحوه عملکرد نیروگاه آبی را در شکل زیر مشاهده کنید.

 انرژی زمین گرمایی (Geothermal): انرژی زمین گرمایی، انرژی ای است که در مرکز زمین تولید می شود ( حدود 6000 کیلومتر زیر سطح زمین).

در درون کره زمین دماهایی بالاتر از دمای خورشید نیز وجود دارد. ما می توانیم از آب داغ و بخار تولید شده در درون زمین برای گرمایش منازل و تولید برق استفاده کنیم. این انرژی تجدید پذیر است زیرا آب با بارش باران تامین می شود و حرارت نیز به صورت پیوسته در درون زمین تولید می شود.

 انرژی باد: با استفاده از انرژی باد می توانیم یک توربین را بچرخانیم و با متصل نمودن یک ژنراتور به آن، انرژی الکتریکی تولید نماییم.
 انرژی خورشیدی: خورشید بیلیون ها سال است که در حال تولید انرژی است. این انرژی به صورت تابش از خورشید به ما می رسد و می توان آن را به انواع دیگر انرژی ها تبدیل نمود.

انرژی خورشیدی را می توان به انرژی حرارتی تبدیل نمود و برای گرمایش آب یا منازل از آن استفاده نمود.

انرژی خورشیدی را می توان به دو صورت به انرژی الکتریکی تبدیل نمود:

الف- با استفاده از سلول های خورشیدی: این سلول ها نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می کنند و در مکان هایی که سیم کشی برق موجود نیست به کار می روند.


ب- با استفاده از نیروگاه های خورشیدی: این نیروگاه ها به صورت غیر مستقیم برق تولید می کنند، یعنی ابتدا آب را به وسیله حرارت آفتاب تبخیر می کنند و با این بخار ایجاد شده توربینی را می چرخانند و برق تولید می کنند.


سوخت های فسیلی ( نفت، گاز، ذغال): از بقایای موجودات زنده که میلیون ها سال پیش مرده اند و جسدهای آن ها زیر لایه های گل دفن شده به وجود می آید. فشار و حرارت این لایه ها باعث تشکیل این سوخت ها می شود. با توجه به فشار و دما، ممکن است این مواد به نفت، گاز یا ذغال تبدیل شوند.


انرژی هسته ای: انرژی در هسته اتم وجود دارد و می تواند برای تولید الکتریسیته بکار رود.

اصل پایستگی جرم و انرژی

در هر یک از آزمایش‌ها فرایندهای فیزیکی، تلاش برای یافتن یا تعریف کردن کمیت‌هایی است که بدون توجه به تغییرات رخ داده شده، ثابت باقی بمانند. یک چنین کمیتی که قبلاً در توسعه مکانیک شناخته شده‌است، جرم می‌باشد. استفاده مهم قانون بقای جرم به عنوان یک اصل کلی در علم پیشنهاد می‌نماید که اصول بیشتر بقاء می‌باید دارای مقدار قابل مقایسه‌ای باشد؛ بنابراین توسعه مفهوم انرژی به‌طور منطقی منتهی به اصل بقایش در فرایندهای مکانیکی شد. در صورتی‌که به جسمی در هنگام بالا رفتن انرژی داده شود، پس از آن این جسم می‌باید این انرژی را در خود نگهدارد تا کاری را که قادر است انجام دهد. جسمی که صعود نموده و مجاز به سقوط آزاد است، آنقدر انرژی جنبشی کسب می‌نماید که بهمان اندازه انرژی پتانسیل از دست می‌دهد به‌طوری‌که ظرفیت آن برای انجام کار بدون تغییر باقی می‌ماند. برای یک جسم در حال سقوط آزاد، می‌توان نوشت:

    m u 2 2 − m u 1 2 + m z 2 g − m z 1 g = 0 {displaystyle {frac {mu_{2}}{2}}-{frac {mu_{1}}{2}}+mz_{2}g-mz_{1}g=0!} frac {mu_2}{2}-frac {mu_1}{2}+mz_2g-mz_1g=0 !

اعتبار این معادله به وسیلهٔ تجربیات بی‌شماری تأیید شده‌است. موفقیت در کاربرد آن برای اجسام در حال سقوط آزاد منتهی به تعمیم اصل بقای انرژی برای استفاده در همه فرایندهای مکانیکی خالص شده‌است. شواهد تجربی فراوانی تاکنون برای تأیید این تعمیم حاصل گردیده‌است.

اشکال دیگری از انرژی مکانیکی علاوه بر انرژی جنبشی و پتانسیل جاذبه‌ای امکانپذیر است. واضح‌ترین آن انرژی پتانسیل آرایش ساختمانی است. هنگامیکه فنری فشرده شود، کار توسط یک نیروی خارجی صورت می‌گیرد. از آنجائیکه فنر بعداً می‌تواند این کار را علیه یک نیروی مقاوم خارجی انجام دهد، پس فنر دارای ظرفیت انجام کار است. این انرژی پتانسیل آرایش ساختمانی است. انرژی شکل مشابهی در یک نوار لاستیکی کشیده شده یا در یک میله کج شده در ناحیه الاستیکی موجود است.

برای افزایش عمومیت اصل بقای انرژی در مکانیک، ما به کار بالاخص به عنوان شکلی از انرژی می‌نگریم. این به‌طور وضوح مجاز است زیرا تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل معادل کار انجام گرفته در تولید آنهاست (معادلات ۱ و ۲). در هر حال کار انرژی در انتقال است و هرگز در یک جسم باقی نمی‌ماند. هنگامیکه کاری انجام گیرد لکن هم‌زمان جای دیگری کار ظاهر نشود، به‌شکل دیگری از انرژی تبدیل می‌شود.

جسم یا مجتمعی که توجه بر روی آن متمرکز می‌شود دستگاه (system) نامند. به هر چیز دیگری محیط (surrounding) اطلاق می‌گردد. زمانی‌که کاری صورت می‌گیرد، این کار به وسیلهٔ محیط بر روی دستگاه یا بالعکس انجام می‌شود و انرژی از محیط به دستگاه یا بالعکس انتقال می‌یابد فقط در خلال این انتقال است که شکلی از انرژی به عنوان کار موجود می‌باشد. بر عکس، انرژی جنبشی و پتانسیل در جسم ذخیره می‌شود. مقادیرشان به هر حال در مقایسه با محیط اندازه‌گیری می‌شود. به عنوان مثال انرژی جنبشی تابعی از سرعت نسبت به محیط است و انرژی پتانسیل تابعی از ارتفاع نسبت به یک سطح مقایسه می‌باشد. تغییرات در انرژی جنبشی و پتانسیل تابعی از این شرایط مقایسه نیست مشروط بر آنکه آن‌ها ثابت باشند؛ که از ان در جهان استفاده می‌شود
انرژی الکتریکی
یک توربو ژنراتور که انرژی بخار را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.

چنانچه جریان الکتریکی از یک مقاومت عبور کند، انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می‌شود. اگر جریان از یک وسیله برقی عبور کند، مقداری از انرژی الکتریکی به انواع دیگر انرژی تبدیل می‌گردد (و مقداری از آن همواره با تبدیل شدن به گرما هدر می‌رود). مقدار انرژی یک حریان الکتریکی به روش‌های مختلف قابل بیان است

        E = V Q = V I t = P t = V 2 t R = I 2 R t {displaystyle E=VQ=VIt=Pt={{V^{2}}{t} over {R}}={I^{2}}Rt} {displaystyle E=VQ=VIt=Pt={{V^{2}}{t} over {R}}={I^{2}}Rt}

در فرمول فوق V اختلاف پتانسیل الکتریکی بر حسب ولت، I جریان الکتریکی بر حسب آمپر، t زمان بر حسب ساعت، R مقاومت الکتریکی بر حسب اهم، E انرژی الکتریکی بر حسب وات ساعت، P توان الکتریکی بر حسب وات است.
اصل حفاظت از انرژی در معماری
هر ساختمان باید به گونه‌ای طراحی و ساخته شود که نیاز آن به سوخت فسیلی به حداقل ممکن برسد. ضرورت پذیرفتن این اصل در عصرهای گذشته بدون هیچ شک و تردیدی با توجه به نحوه ساخت و سازها غیرقابل انکار می‌باشد و شاید تنها به سبب تنوع بسیار زیاد مصالح و فناوری‌های جدید در دوران معاصر چنین اصلی در ساختمان‌ها به دست فراموشی سپرده شده‌است و این بار با استفاده از مصالح گوناگون ویا با ترکیب‌های مختلفی از آنها، ساختمان‌ها، محیط را با توجه به نیازهای کاربران تغییر می‌دهند. اشاره به نظریه مجتمع زیستی نیز خالی از لطف نمی‌باشد، که از فراهم آوردن سر پناهی برای درامان ماندن در برابر سرما یا ایجاد فضایی خنک برای سکونت افراد سرچشمه می‌گیرد، به این دلیل و همچنین وجود عوامل دیگر مردمان ساختمان‌های خود را به خاطر مزایای متقابل فراوان در کنار یکدیگر بنا می‌کردند. ساختمان‌هایی که در تعامل با اقلیم محلی و در تلاش برای کاهش وابستگی به سوخت فسیلی ساخته می‌شوند، نسبت به آپارتمانهای عادی امروزی، حامل تجربیاتی منفرد و مجزا بوده و در نتیجه، به عنوان تلاشهای نیمه کاره برای خلق معماری سبز مطرح می‌شوند. بسیاری از این تجربیات نیز بیشتر حاصل کار و تلاش انفرادی بوده؛ و بنابراین روشن است به عنوان اصلی پایدار در طراحی‌ها و ساخت و سازهای جامعه امروز لحاظ نمی‌گردد.
- به نظر شما انرژی مصرف شده در ایران از چه راه هایی تامین می شود؟

- چرا باید منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده کنیم؟

- کدام یک از انواع انرژی های تجدیدپذیر از بقیه رایج تر می باشند؟
تا كنون نظري ثبت نشده است
ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در فارسی بلاگ ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.