Forme și surse de energie

Energia apare în mai multe forme. Un corp în mișcare are energie cinetică; un corp ridicat are energie potențială gravitațională; un resort comprimat are energie potențială elastică. Apa încălzită are energie internă mai mare decât aceeași cantitate de apă rece. Într-o baterie, într-un combustibil și în alimente este stocată energie chimică. Curentul electric transferă energie unui bec, care emite lumină și încălzește mediul, iar în nucleele atomilor există energie nucleară.

Formele de energie se transformă una în alta. La o hidrocentrală, energia potențială gravitațională a apei din lac devine energie cinetică a apei care curge, apoi energie mecanică a turbinei și, în final, energie electrică. Un panou fotovoltaic transformă energia luminii în energie electrică. Corpul tău transformă energia chimică a hranei în mișcare și în căldură.

O sursă de energie este un loc sau un proces din care putem obține energie utilă. Soarele, vântul, râurile și căldura din interiorul Pământului sunt surse regenerabile, pentru că se refac natural în timpul vieții omenești. Cărbunele, petrolul și gazele naturale sunt surse neregenerabile: zăcămintele s-au format în milioane de ani și se epuizează mult mai repede decât se refac. La fel este și uraniul, combustibilul centralelor nucleare.

Aproape toate aceste surse își au originea în energia Soarelui: vântul apare prin încălzirea inegală a aerului, râurile sunt alimentate de ploile care provin din apa evaporată de lumina solară, iar cărbunele și petrolul provin din organisme vechi. Excepții sunt energia geotermală, venită din interiorul Pământului, și cea nucleară.

Nicio sursă nu funcționează fără efecte asupra mediului: arderea combustibililor fosili degajă dioxid de carbon, hidrocentralele schimbă cursul râurilor, iar panourile solare și turbinele eoliene ocupă suprafețe întinse.

Energia nu dispare când un aparat „consumă curent”. Energia totală a unui sistem izolat rămâne constantă: ea nu se creează și nu se distruge, ci se transformă dintr-o formă în alta sau se transferă între corpuri. Un fierbător transformă energia electrică în energie internă a apei și a mediului. Dacă primește $1000\mathrm{J}$, energia totală rămâne $1000\mathrm{J}$, dar nu toată ajunge util în apă. Frecarea și încălzirea mediului fac o parte din energie mai puțin ușor de folosit. Raportul dintre energia utilă și energia primită de un dispozitiv se numește randament și este mai mic decât $1$, adică mai mic decât $100\%$. Economisirea energiei înseamnă folosirea ei mai eficientă, nu „salvarea” unei energii care dispare.

Căldura nu este o substanță stocată în corp. Ea este energia transferată între corpuri aflate la temperaturi diferite, iar ceea ce are un corp este energie internă.

Exemplu rezolvat. La o hidrocentrală cad $1000\mathrm{kg}$ de apă de la înălțimea de $20\mathrm{m}$; $g=10N/kg$. Turbina și generatorul transformă $80\%$ din energia apei în energie electrică. Aflăm energia electrică obținută.

1. Energia potențială a apei este $E_p=mgh=1000\cdot 10\cdot 20=200000\mathrm{J}$.
2. Energia electrică obținută este $80\%$ din ea: $E_{\mathrm{el}}=0,8\cdot 200000=160000\mathrm{J}$.
3. Restul, $200000-160000=40000\mathrm{J}$, se transformă în energie internă a apei, a turbinei și a aerului și în sunet.

Energia totală se conservă: $160000+40000=200000\mathrm{J}$.

Greșeli frecvente

• Greșit: energia se pierde din univers când un aparat funcționează.
  Corect: se transferă și se transformă, inclusiv în energie internă a mediului.
• Greșit: „regenerabil” înseamnă impact zero.
  Corect: și sursele regenerabile au efecte care trebuie evaluate.
• Greșit: căldura este o substanță depozitată în corp.
  Corect: căldura este transfer de energie între corpuri la temperaturi diferite.
• Greșit: o centrală electrică produce energie.
  Corect: ea transformă o formă de energie (chimică, nucleară, potențială a apei, a luminii) în energie electrică.

Înainte și după