انرژی

در فیزیک، انرژی ( به فرانسوی: Énergie ) ( از واژه یونانی ἐνεργός، به معنی فعالیت، عملیات ) یا کارمایه، خاصیت کمیتی است که به شکل انجام کار یا حرارت یا نور در یک شیء یا سامانه فیزیکی دیده می شود. انرژی، کمیتی بنیادین است که برای توصیف وضعیت یک ذره، شیء یا سامانه به آن نسبت داده می شود. در کتاب های مرجع فیزیک انرژی را به صورت توانایی انجام کار تعریف می کنند. در سیستم استاندارد بین المللی واحدها واحد انرژی ژول است که برابر است با مقدار کاری که نیروی ۱ نیوتون در جابجا کردن یک جسم به مقدار یک متر انجام می دهد. ِ تا به امروز گونه های متفاوتی از انرژی شناخته شده که با توجه به نحوهٔ آزادسازی و اثرگذاری به دسته های متفاوتی طبقه بندی می شوند که از آن ها می توان انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل ( گرانشی، الکتریکی، مغناطیسی ) ، انرژی گرمایی، انرژی شیمیایی، انرژی هسته ای و انرژی نورانی را نام برد. در علم فیزیک انرژی را به دو بخش تفسیم می کنند:
• اکسرژی ( بخش مفید انرژی )
• انرژی ( بخش قابل تبدیل انرژی ( انرژی در واقع به نوعی از انرژی تبدیل می شود که در آن شرایط برای ما ممکن است مفید یا غیر مفید باشد ) ) .
عامل، حامل و منبع همه گونه انرژی هایی که بشر از آن استفاده می کند ( انرژی مواد فسیل، انرژی آبی و غیره ) خورشید است، به جز انرژی هسته ای.
طبق نظریهٔ نسبیت مجموع «جرم و انرژی» پایدار و تغییرناپذیر است ( و آن را قانون پایستگی انرژی می نامند ) ؛ بدین معنا که انرژی از شکلی به شکل دیگر یا به جرم تبدیل شود ولی هرگز تولید یا نابود نمی شود. بر طبق تئوری نور بقای جرم و انرژی پیامدی از این اصل است که قوانین فیزیکی در طول زمان بدون تغییر باقی می مانند. انرژی هر جسم ( طبق نسبیت خاص ) جنبش ذرات بنیادی آن جسم است و مقدار آن از معادلهٔ معروف آلبرت اینشتین به دست می آید: E = m c 2 ( باید توجه کرد که این معادله تنها انرژی موجود ذرات را نشان می دهد و نه دیگر گونه های 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.
اصل بقای انرژی در حدود سال ۱۸۵۰ پایه گذاری شد. منشأ این اصل همانگونه که در مکانیک بکار می رود توسط کار گالیله و آیزاک نیوتن فهمانیده شد. در واقع هنگامیکه کار به عنوان حاصلضرب نیرو و تغییر مکان تعریف می شود، این تعریف تقریباً به طور خود کار از قانون دوم حرکت نیوتن تبعیت می کند. چنین مفهومی تا سال ۱۸۲۶ یعنی زمانی که ریاضی دان معروف فرانسوی معرفی شد، وجود نداشت. لغت نیرو ( از نظر لاتین ) نه تنها از دیدگاه مفهوم آن توسط نیوتن در قوانین حرکتش توصیف شد، بلکه در کمیت هایی که اکنون به عنوان کار و انرژی سینتیک ( جنبشی ) و پتانسیل ( نهفته ) تعریف می شوند بکار می روند. این ابهام برای مدت زمانی توسعه هر اصل کلی را در مکانیک در ورای قوانین حرکت نیوتنی مسدود نموده بود.

اِنِرژی (energy)
اِنِرژی
اِنِرژی
قابلیّت انجام دادن کار. به اشکال بسیار گوناگون وجود دارد. به عنوان مثال انرژی پتانسیل ناشی از حالت یا موقعیتاست؛ بنابراین فنر کشیده شده دارای انرژی پتانسیل کشسانو جسمی که تا ارتفاعی بالاتر از سطح زمین برده شده است یا آب در مخزنی مرتفع، دارای انرژی پتانسیل گرانشی اند. اجسام متحرک انرژی جنبشی دارند. انرژی را می شود از یک شکل به شکل دیگر تبدیل کرد، اما مقدار کل انرژی در هر سیستم ثابت می ماند (اصل پایستگی انرژی). انرژی هرگز از بین نمی رود، اما بعد از چندین بار تبدیل شدن، در دماهای نسبتاً کم به انرژی جنبشیدر حرکت تصادفی مولکول ها، مثلاً مولکول های هوا، تبدیل می شود. این انرژی از نوع تجزیه شدهاست که تبدیل دوباره آن به اشکال دیگر دشوار است.انواع انرژی و انتقال آن. باتریِ خالی چراغ قوه را روشن نمی کند، امّا اگر باتری کاملاً پر شده باشد آن قدر انرژی شیمیایی دارد که لامپ چراغ قوه روشن شود. وقتی جسم الف روی جسم دیگری مثل ب کار انجام دهد، الف انرژی را به ب انتقال می دهد. انرژی انتقال یافته برابر با مقدار کاری است که الف روی ب انجام داده است. از این رو، انرژی را بر حسب (ژول) اندازه گیری می کنند. آهنگ انجام کار یا مصرف انرژی توان نامیده می شود و بر حسب وات(ژول بر ثانیه) اندازه گیری می شود. انرژی از هر شکل به شکل دیگر تبدیل می شود. توپی که روی سطح شیب داری ساکن نگهداشته شده است دارای انرژی پتانسیل است و وقتی از روی سطح به پایین بغلتد، به تدریج انرژی آن به انرژی جنبشی چرخشیو انرژی جنبشی انتقالیتغییر می یابد. وقتی آونگی نوسان می کند، انرژی پیوسته از شکل پتانسیل در بالاترین نقطۀ نوسان به انرژی جنبشی در پایین ترین نقطه و برعکس تبدیل می شود. در مکان های بین این دو حّدِ کرانه ای، سیستم هم دارای انرژی جنبشی و هم انرژی پتانسیل، با نسبت هایی متفاوت است. هر وزنه بردار وقتی وزنه ای را بلند می کند انرژی شیمیاییرا از ماهیچه هایش به انرژی پتانسیل وزنه تبدیل می کند. اگر وزنه بردار وزنه را از بالای سر رها کند، ضمن سقوط، انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می شود و این انرژی ضمن اصابت وزنه به کف اتاق به انرژی گرماییو انرژی صوتیتبدیل می شود. کلوخۀ زغال سنگ و تانک نفت، به همراه اکسیژنِ لازم برای سوختن ، حاوی انرژی شیمیایی اند. گونه های دیگر انرژی عبارت اند از انرژی الکتریکی، انرژی هسته ای، انرژی صوتی و انرژی نوری. با این حال، همۀ این انرژی های گوناگون نهایتاً یا به انرژی جنبشی یا انرژی پتانسیل طبقه بندی می شود.
منابع. منابع انرژی ذخایر انرژی تبدیل شدنی اند. منابع تجدیدناپذیرعبارت اند از سوخت های فسیلی، ازجمله زغال سنگ، نفت، و گاز، و سوخت های شکافت هسته ای، مثلاً اورانیوم ۲۳۵. واژه «سوخت» را برای هر ماده ای به کار می برند که بتوان از آن انرژی به دست آورد. آدمی ذخایر سوختی از قبیل زغال سنگ و نفت را مصرف، و انرژی آن ها را به سایر اشکالِ مفید تبدیل می کند. از انرژی شیمیایی، که بر اثر سوختن ماده سوختی آزاد می شود، برای انجام کار استفاده می کنند. از منابع تجدیدپذیری مثل انرژیِ باد، جزر و مد و نیروی زمین گرمایی که تاکنون کمتر بهره برداری شده است، اما طرح های هیدروالکتریک اکنون کاملاً متداول اند و توربین های بادی و سیستم های جزر و مدّی نیز توسعه یافته اند.
پایستگی انرژی و بازده. همۀ اشکال انرژی بر اثرِ فرآیند های مناسب به یکدیگر تبدیل می شوند. انرژی از یک شکل به شکل دیگر تبدیل می شود، اما جمع کل انرژیِ بعد از تبدیل همواره برابر انرژی اولیه است. به عبارت دیگر، مقدار انرژی در همۀ مراحل ثابت می ماند. این قاعده اصل پایستگی انرژی است. این اصل را می توان با استفاده از نمودارهای جریان انرژی، به نام نمودارهای سَنکِی، نمایش داد. این نمودارها تبدیلات انرژی را نشان می دهند. استفاده از موتور بنزینی برای ایجاد نیرو در خودرو حدود ۷۵ درصد از انرژی سوخت را هدر می دهد. با آن که کل انرژی ورودی برابر با کل انرژی خروجی است، اما مقدار زیادی انرژی به صورت گرما تلف می شود، به نحوی که موتور فقط در حدود ۲۵درصد بازده دارد. سوختنِ آمیزه ای از بنزین ـ هوا انرژی گرمایی و جنبشی تولید می کند. همۀ اشکال انرژی تمایل دارند به انرژی گرمایی تبدیل شوند، از این رو نمی توان آن را به راحتی به سایر اشکال مفید انرژی تبدیل کرد.
انتقال گرما. اختلاف دما بین دو جسم یا تماس گرمایی به انتقال انرژی به شکل گرمامی انجامد. گرما انرژی انتقال یافته به سبب اختلاف دماست و بر اثر حرکت ذراتی که انرژی جنبشی دارند، از طریق رسانایی، همرفتی، و تابشانتقال می یابد. رسانایی عبارت است از جابه جایی گرما از درون مادۀ جامد به سبب حرکت الکترون های آزاد. مثلاً، انرژی گرمایی در خانه از طریق رسانایی و از دیوارها و پنجره ها هدر می رود. انتقال انرژی از طریق همرفتی به سبب حرکت ذرات سیال است. همۀ اجسام به شکل تابشِ امواج الکترومغناطیسگرما ساطع می کنند. اجسام داغ تر انرژی بیشتری از اجسام سرد گسیل می کنند. روش های کاهش انتقال انرژی گرمایی با استفاده از عایق ها به این دلیل مهم است که ذخایر سوخت جهان محدود است و گرم کردن خانه مستلزم هزینۀ زیادی است. انتقال گرما از خانه ها و اتلاف آن را از راه های گوناگون کاهش می دهند. مثلاً، عایق کردن فضای زیرشیروانی، عایق کردن فضای خالی درون دیوارها، و به کار بردن شیشه های دوجداره راه های کاهش اتلاف گرمایند. بازدۀ مواد عایق کاری در ساختمان سازی، با توجه به اندازۀ خواص گرماـ رسانایی آن ها صورت می گیرد و با عدد u نمایش داده می شود. مقدار کم عدد u نشان دهندۀ برتری مواد عایق کاری است.
جرم و انرژی اکنون. معلوم شده است که جرم را می توان در شرایط معینی طبق نظریۀ نسبیت اینشتینبه انرژی تبدیل کرد. این گونه تبدیل جرم به انرژی اساس نیروی اتمی است. نظریۀ نسبیت خاص اینشتین(۱۹۰۵) هرگونه انرژی تبادل شده (E) را با رابطه E = mc۲به تبدیل جرم (m) ربط می دهد. در این رابطه، c سرعت نور است. تبدیل جرم به انرژی برمبنای این معادله، هرچند فقط برای واکنش های هسته ای با درصد تغییر جرم بزرگ و مشخص به کار می رود، کاربرد عام دارد.

انرژی (زیست شناسی). اِنِرژی (زیست شناسی)(energy)
در زیست شناسی، عامل اساسی فرآیندهای زیستی. بخش اعظم فرآیندهای حیاتی در گرو انتقال انرژی است. انرژی از محیط پیرامون موجود زنده وارد پیکر آن شده و در بدنش نیز جابه جا می شود. موجودات زنده از انرژی برای اعمالی مانند رشد و حرکت استفاده می کنند. با این اعمال، انرژی از ماده ای به مادۀ دیگر یا از جایی به جای دیگر منتقل می شود. تقریباً همۀ شکل های حیات روی زمین به انرژی نورانی خورشید وابسته اند. در گیاهان سبز، فتوسنتز به واسطۀ انرژی نورانی ممکن می شود. در این فرآیند، مادۀ شیمیایی سبزرنگی، با نام سبزینه (کلروفیل)، انرژی نورانی خورشید را جذب و انرژی را به گیاه منتقل می کند. گیاهان از این انرژی برای ساخت گلوکز استفاده می کنند که در واقع بخشی از انرژی نورانی خورشید را به صورت انرژی شیمیایی در خود ذخیره می کند. طی تنفس سلولی، گیاه از گلوکز به منزلۀ سوخت و برای رشد استفاده می کند. در واقع، گلوکز انرژی لازم همۀ فرآیندهای زیستی را فراهم می کند. جانوران با تغذیه از گیاهان انرژی را از گیاه به پیکر خود وارد می کنند. مواد شیمیایی گیاه جذب جانور می شود و سپس، براثر سوختن این مواد انرژی لازم برای جانور فراهم می شود. وقتی جانوری از جانور دیگر تغذیه می کند، مجدداً انتقال انرژی رخ می دهد. توانایی استفادۀ مؤثر از انرژی در ورزش، به منظور انقباض ماهیچه ها، به تناسب اندام بستگی دارد.