تبدیل انرژی چیست؟
انرژی و تغییر شکل‌های آن
انرژی۳ توانایی انجام کار است. ما نمی‌توانیم انرژی را ببینیم، اما همیشه اثرات آن را مشاهده می‌کنیم. وقتی چراغی روشن می‌شود، توپی به هوا پرتاب می‌شود یا غذایی می‌پزد، در حال دیدن نتیجهٔ وجود انرژی هستیم. منظور از تبدیل انرژی این است که این توانایی می‌تواند شکل خود را عوض کند. برای مثال، در یک پنکه برقی، انرژی الکتریکی۴ به انرژی حرکتی۵ (چرخش پره‌ها) تبدیل می‌شود.
انواع اصلی انرژی و تبدیل‌های رایج
انرژی شکل‌های گوناگونی دارد. در جدول زیر برخی از رایج‌ترین انواع انرژی و مثال‌هایی از تبدیل آن‌ها را مشاهده می‌کنید.
| نوع انرژی | توضیح | مثال تبدیل |
|---|---|---|
| انرژی حرکتی | انرژی موجود در اجسام متحرک | آب پشت سد (انرژی پتانسیل۹) به حرکت توربین (انرژی حرکتی) |
| انرژی گرمایی | انرژی ناشی از گرمای اجسام | سوختن چوب در شومینه (انرژی شیمیایی۱۰ به گرمایی) |
| انرژی نورانی | انرژی موجود در نور | سلول خورشیدی (انرژی نورانی به الکتریکی) |
| انرژی شیمیایی | انرژی ذخیره‌شده در مواد (مانند غذا، باتری) | خوردن صبحانه (انرژی شیمیایی غذا به حرکتی بدن) |
قانون مهم: انرژی از بین نمی‌رود!
یک قانون بسیار مهم در علم فیزیک به نام قانون پایستگی انرژی وجود دارد. این قانون می‌گوید: انرژی نمی‌تواند به وجود بیاید یا از بین برود؛ فقط از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. مقدار کل انرژی در یک سیستم بسته همواره ثابت است. این را می‌توان به صورت نمادین نشان داد. اگر کل انرژی اولیه را $E_{initial}$ و کل انرژی نهایی را $E_{final}$ بنامیم، این قانون به صورت زیر نوشته می‌شود:
برای درک بهتر، توپی را در نظر بگیرید که از بالای یک سرسره رها می‌شود. در بالاترین نقطه، توپ دارای مقدار زیادی انرژی پتانسیل (ناشی از ارتفاع) و انرژی حرکتی کمی است. وقتی توپ به پایین سرسره می‌غلتد، انرژی پتانسیل آن به تدریج به انرژی حرکتی تبدیل می‌شود. در پایین سرسره، تقریباً تمام انرژی پتانسیل به انرژی حرکتی تبدیل شده است. در این فرآیند، انرژی از بین نرفته، بلکه فقط شکل آن عوض شده است.
تبدیل انرژی در زندگی روزمره
ما هر روز و همه جا شاهد تبدیل انرژی هستیم. وقتی با تلفن همراه خود بازی می‌کنید، انرژی شیمیایی ذخیره‌شده در باتری به انرژی الکتریکی و سپس به نور و صدای صفحه‌نمایش تبدیل می‌شود. هنگام پختن نان، انرژی گاز (شیمیایی) به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود تا نان بپزد. حتی بدن شما یک ماشین تبدیل‌کنندهٔ انرژی فوق‌العاده است! انرژی شیمیایی موجود در غذایی که می‌خورید، به انرژی حرکتی (برای راه رفتن و دویدن) و انرژی گرمایی (برای گرم نگه‌داشتن بدن) تبدیل می‌شود.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. این یک اشتباه رایج است. وقتی می‌گوییم "باتری تمام شد"، در واقع منظور این است که انرژی شیمیایی مفید و قابل استفادهٔ آن به پایان رسیده است. اما انرژی به شکل‌های دیگر (مانند گرمای بسیار کم) هنوز وجود دارد. انرژی هرگز نابود نمی‌شود.
متأسفانه خیر. در هر تبدیل، بخشی از انرژی معمولاً به شکل گرمای ناخواسته تلف می‌شود. برای مثال، در یک لامپ رشته‌ای قدیمی، فقط بخش کوچکی از انرژی الکتریکی به نور تبدیل می‌شود و بخش عمده‌ای از آن به گرما تبدیل می‌گردد. به همین دلیل است که این لامپ‌ها بسیار داغ می‌شوند.
این منابع، ذخیره‌گاه‌های اولیه انرژی هستند. سوخت‌های فسیلی مانند نفت و زغال‌سنگ، انرژی شیمیایی ذخیره‌شده دارند که ما آن را می‌سوزانیم تا به انرژی گرمایی و سپس الکتریکی تبدیل کنیم. از آنجا که تشکیل آن‌ها میلیون‌ها سال طول می‌کشد، تجدیدناپذیر۱۱ نامیده می‌شوند. در مقابل، انرژی خورشید و باد به طور طبیعی و پیوسته جایگزین می‌شوند، بنابراین تجدیدپذیر۱۲ هستند. تبدیل انرژی در هر دو مورد اتفاق می‌افتد، اما منبع اولیه متفاوت است.
پاورقی
۱ تبدیل انرژی (Energy Conversion)
۲ پایستگی (Conservation)
۳ انرژی (Energy)
۴ انرژی الکتریکی (Electrical Energy)
۵ انرژی حرکتی (Kinetic Energy)
۶ دینامو (Dynamo) - وسیله‌ای که انرژی حرکتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.
۷ انرژی نوری (Light Energy)
۸ انرژی گرمایی (Thermal Energy)
۹ انرژی پتانسیل (Potential Energy)
۱۰ انرژی شیمیایی (Chemical Energy)
۱۱ تجدیدناپذیر (Non-renewable)
۱۲ تجدیدپذیر (Renewable)