انواع انرژی

به طور کلی برای درک عمل کرد جهان، باید با انواع مختلف منابع انرژی آشنا شویم. این مقاله به بحث در مورد انواع مختلف منابع انرژی می‌پردازد.
انرژی نه می‌تواند به وجود آید و نه می‌تواند از بین برود و تنها از شکلی به شکل دیگر تغییر می‌کند.
این قانون بقای انرژی است و به ساده‌ترین شکل بیان شده است. این قانون بیان‌گر دو چیز است، اولاً جمع کل انرژی جهان مقدار ثابتی است، ثانیاً انرژی‌ها در هر شکلی باشند قابل تبدیل شدن به یک‌ دیگر هستند. هر روی داد منفردی که در این جهان رخ می‌دهد، نوع خاصی از تبدیل انرژی است. در این مقاله، انواع مختلف انرژی معرفی خواهد شد.

تعریف انرژی

تقریباً هر کمیت فیزیکی را می‌توان دقیقاً تعریف کرد، به جز انرژی. انرژی به عنوان یک کمیت فیزیکی، فقط به صورت غیر مستقیم قابل مشاهده و اندازه گیری است. دلیل بودن انرژی در شکل‌های مختلف هم این است که خود را به صورت غیر مستقیم نشان می‌دهد، کمیت فیزیکی پیچیده‌ای به نام انرژی که به سختی قابل تعریف است. انرژی را می‌توان به صورت توانایی هر نهاد فیزیکی برای انجام کار، در مقابل نیروهای مخالف وارده، تعریف کرد. بنا بر این کار و انرژی رابطه‌ی خیلی نزدیکی با هم دارند. در واقع‌ این دو تا واحدهای یک سانی دارند. انرژی را از طریق خواص مشاهده شده‌ی آن، بهتر می‌توانیم شرح دهیم. مانند همین واقعیتی که بیان می‌کند انرژی کل جهان همواره ثابت باقی می‌ماند و قابل تبدیل به اشکال مختلفی است. در این‌جا فیزیک دان بزرگ ریچارد فاینمن، ایده‌ی سوخت و انرژی را توضیح می‌‌دهد.
"یک حقیقت وجود دارد، یا اگر بخواهید، یک قانون وجود دارد که حاکم بر تمام پدیده‌های طبیعی شناخته شده تا به امروز است. هیچ استثنائی برای این قانون وجود ندارد. این دقیقاً چیزی است که ما تا حالا می‌دانستیم. آن، قانون بقای انرژی نامیده می‌شود. این قانون بیان می‌کند که کمیت خاصی وجود دارد که ما آن را انرژی می‌نامیم و در اثر تغییرات متعدد طبیعی، دگرگون نمی‌شود. این یک ایده‌ی انتزاعی است، چرا که یک اصل ریاضی است؛ این اصل بیان می‌کند که کمیتی عددی وجود دارد که هنگام رخ داد اتفاقی روی چیزی، تغییری نمی‌کند. این توصیفی از یک مکانیزم یا یک جسم سخت نیست؛ آن فقط یک واقعیت شگفت انگیز است که ما زمانی که به مشاهده‌ی طبیعت می‌نشینیم، می‌توانیم آن را از طریق اعداد و ارقام محاسبه کنیم."
این اعداد و ارقامی که فایمن توضیح می‌دهد، همان انرژی است. هر پدیده‌ی طبیعی که از قانون بقای انرژی تبعیت می‌کند، به صورت خیلی مبتدی و ساده در این مقاله بیان شده است. انرژی یک کمیت فیزیکی اسکالر است، به این معنا که می‌توان آن را با تعیین مقدارش کاملاً توضیح داد. در سیستم استاندارد بین المللی واحدها، انرژی با واحد ژول اندازه گیری می‌شود. زمانی که به شکل حرارت آشکار می‌شود، با واحد کالری یا کیلو کالری اندازه گیری می‌شود. هر چیزی که حرکت می‌کند، جهش می‌کند، ارتعاش می‌کند، می‌چرخد، دلیل حرکت جسمی می‌شود، یا به صورت بالقوه چیزی را به حرکت در می‌آورد، دارای انرژی است. اجازه دهید در ادامه‌ی این نوشتار، اقسام انرژی را به شما معرفی کنیم.

اشکال مختلف انرژی

به طور کلی، انواع مختلف انرژی را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد: انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی. زمانی که هیچ نیروی اصطکاکی وجود نداشته باشد، مجموع کل انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی یک ذره ثابت باقی می‌ماند. اجازه دهید هر دو تای این مفاهیم را تعریف کنیم.

انرژی پتانسیل

انرژی پنهان ذخیره شده در هر سیستم فیزیکی به دلیل موقعیت خاصی که در یک محیط دارد و هم ‌چنین ساختار و نیروهایی که به آن اعمال می‌شود، را انرژی پتانسیل می‌نامیم. به مانند کمان داری که تیر را در کمان قرار داده و زه آن را کشیده، و آماده پرتاب تیر است. زمانی که کمان آماده‌ی پرتاب تیر است و زه به دو سوی کمان محکم بسته شده و کشیده شده است، انرژی پتانسیل در زه کمان ذخیره می‌شود. انواع مختلفی از انرژی پتانسیل با توجه به نوع نیروهای در گیر در آن وجود دارد. به عنوان مثال، انرژی پتانسیل گرانشی، انرژی پتانسیل شیمیایی، انرژی پتانسیل الکتریکی، انرژی پتانسیل مغناطیسی و انرژی پتانسیل هسته‌ای، را می‌توان نام برد.

انرژی جنبشی

انرژی‌ای است که به یک ذره به واسطه‌ی حرکتش، نسبت داده می‌شود. در مثال فوق، وقتی زه کمان رها می‌شود، تیر از کمان خارج شده و انرژی پتانسیل ذخیره شده در آن به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. زه کمان رها شده دارای انرژی جنبشی می‌باشد. بنا بر این، هر ذره در حال حرکت دارای انرژی جنبشی است. به عنوان نمونه‌هایی از انرژی جنبشی می‌توان به انرژی جنبشی چرخشی و انرژی جنبشی ارتعاشی اشاره کرد. به مجموع انرژی‌های جنبشی و پتانسیل، انرژی مکانیکی می‌گوییم.

انرژی شیمیایی

نیروی محرکه‌ی قوای بدن انسان، از انرژی شیمیایی به دست آمده از تنفس، تأمین می‌شود. انرژی شیمیایی از سوخت و سازهای اتم‌های بین مولکول‌ها، ناشی می‌شود. از طریق باز آرایی مولکولی، جهان بیو لوژیکی از انرژی به وجود می‌آید. انرژی حاصل از بنزین، مثالی از انرژی شیمیایی است.

انرژی حرارتی

انرژی ترمال یا حرارتی، مجموع کل انرژی‌های جنبشی و پتانسیل اتم‌ها و مولکول‌ها است، که به فرم ماده هستند. انرژی حرارتی به وسیله‌ی دمای سیستم مورد نظر، قابل اندازه گیری است. این انرژی، نمودی از انرژی یک ماده است که وابسته به حرکت ارتعاشی، چرخشی، انتقالی و پتانسیل اتم‌ها و مولکول‌ها است.

انرژی الکتریکی

شکلی از انرژی است که از انرژی پتانسیل بین بارهای الکتریکی ناشی می‌شود و به صورت جریان الکتریکی آزاد می‌شود. هنگامی که شما ترمینال‌های دو سر یک باتری را به یک لامپ متصل می‌کنید، انرژی الکتریکی بین دو قطب، در قالب جریان الکتریکی، که در واقع الکترون‌های متحرک داخل سیم هستند، جاری می‌شود.

انرژی الاستیک

هنگامی که یک کش پلاستیکی را می‌کشید و سپس رها می‌کنید، نیروهای بین اتمی به آن ضربه وارد می‌کنند و سپس آن را به حالت اولیه‌ی خود باز می‌گردانند. انرژی الاستیک ذخیره شده به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود تا حرکت بر گشت پذیر مورد نیاز برای به حالت اول بر گرداندن کش را تأمین کند.

انرژی هسته‌ای

انرژی حاصل از تبدیل یک جرم هسته‌ای ریز به انرژی را، انرژی هسته‌ای می‌نامند که توسط معادله‌ی مشهور انیشتین تعریف می‌شود. معادله‌ی انیشتین به صورت E = mc2 است که در این معادله E انرژی، m جرم از دست رفته و c سرعت نور است. این انرژی ناشی از ایجاد شکافت‌های هسته‌ای در ایزوتوپ‌های خاص رادیو اکتیویته مانند اورانیوم است.

انرژی صوتی

هر صدایی که می‌شنوید، نتیجه‌ی فشردگی و رقیق شدگی امواجی است که در هوا به صورت صدا نمود پیدا می‌کند. بنا بر این انرژی صوتی ناشی از نوسان مولکول‌های هوا است.

انرژی تابشی

انرژی منتقل شده توسط امواج الکترو مغناطیسی، انرژی تابشی نامیده می‌شود. نور دریافت شده از خورشید، مثالی از انرژی تابشی است. طیف امواج الکترو مغناطیسی گسترده است و از طول موج‌های میلی متری تا بسامدهای بالا مانند امواج اشعه‌ی گاما را شامل می‌شود. انرژی توسط هر موج الکترو مغناطیسی قابل انتقال است، حال این موج می‌تواند یک موج رادیویی، یک موج مربوط به ناحیه قابل مشاهده توسط انسان و یا موج اشعه‌ی ایکس باشد. آن فقط رابطه‌ی مستقیمی با فرکانس دارد.
هر تغییری که در محیط اطراف خود مشاهده می‌کنید، به نوعی تغییر انرژی است. با مطالعه‌ی علم فیزیک متوجه خواهید شد که مکانیزم‌های مختلفی در پشت این تحولات نهفته است. انواع مختلف انرژی‌‌های ذکر شده در این مقاله، تنها برخی از مهم‌ترین آن‌هاست.