אנרגיה

 

אנרגיה היא גודל המתאר מצב של מערכת. כאשר משתנה מצבה של מערכת אפשר למדוד את השינוי בגודלה של האנרגיה על ידי מידת התחממות או התקררות (שינוי טמפרטורה) של גוף תקני.

לא ניתן למדוד גודל של אנרגיה של מערכת מסוימת ואי אפשר לחשב אותו.

* אנרגיה מאפשרת ביצוע פעולות והפעלת כוחות.

* שימוש באנרגיה מביא תועלת לאדם אך גם יוצר בעיות אקולוגיות ( זיהום סביבה ).

* ניתן למדוד אנרגיה. יחידות מידה – ג'ול, קלוריה.

קלוריה- השינוי באנרגיה של  גרם אחד של מים (בלחץ של אטמוספרה אחת) בשעה שהטמפרטורה שלהם עולה מ - C°14.5 ל - C°15.5.

 ג'אול - העבודה הנדרשת להפעלת כוח של ניוטון אחד למרחק של מטר אחד

קילוואט שעה - האנרגיה המתפתחת עם הספק של קילוואט אחד במשך שעה

 

• שינוי באנרגיה הוא גודל מדיד המאפשר לתאר באופן כמותי תהליכים שונים המתרחשים בטבע.

• משתמשים במושג אנרגיה בהקשר של השימוש במשאבים שונים (נפט, פחם, אור השמש וכו') לצרכיו של האדם: חימום, תאורה, הנעה, וכדומה. התהליכים בהם מנוצלים משאבים אלו כרוכים בשינוי באנרגיה.

• חוק שימור האנרגיה מאפשר לחשב, על סמך השינוי הנמדד במאפיין מסוים של המערכת (גובה מהירות טמפרטורה וכו'), את השינוי במאפיין אחר שאולי לא ניתן, או קשה, למדוד.

 

 צורות אנרגיה:

שינוי באנרגית גובה - שינוי במרחק של גוף מפני שטח - תפוח נופל מעץ, מעלית עולה.

שינוי באנרגיית תנועה - שינוי בגודל המהירות של גוף - מכונית נעצרת, כדור שנבעט.

שינוי באנרגיה אלסטית - כיווץ או מתיחה של גוף - קפיץ שנמתח, קפיצה על טרמפולינה

שינוי באנרגיה הקינטית הפנימית  - שינוי בטמפרטורה של גוף (התחממות או התקררות) - כוס תה מתקררת, מרק שמתחמם

שינוי באנרגיית קרינה - בליעה או פליטה של אור - בליעת אור בתא פוטו-אלקטרי, נורת לד שפולטת אור, פוטוסינתזה

שינוי באנרגיה כימית - שינוי בהרכב הכימי של חומרים - נר בוער, פוטוסינתזה, אלקטרוליזה

שינוי באנרגיה חשמלית - שינוי במקום של מטענים חשמליים - טעינה על ידי שפשוף, זרם במעגל חשמלי

שינוי באנרגיה גרעינית - שינוי בגרעיני אטומים - רדיואקטיביות, מיזוג וביקוע גרעיני

 

המרות אנרגיה מתארות תהליך המורכב מתהליכים מקבילים שבכל אחד מהם משתנה מאפיין של אנרגיה. כאשר במערכת אחת האנרגיה פחתה, האנרגיה במערכת השניה גדלה. 

המרות אנרגיה הן מעבר של אנרגיה המתרחש כאשר :

1. אנרגיה עוברת  מגוף לגוף מבלי לשנות צורה.  דוגמא: מטבע פוגע במטבע . אנרגית תנועה של מטבע א' עוברת למטבע ב'.

2. אנרגיה משנה צורה ונשארת  באותו גוף. לדוגמא- כדור נזרק כלפי מעלה.  אנרגית תנועה הופכת לאנרגית גובה.

3. אנרגיה עוברת  מגוף לגוף וגם משנה צורה. לדוגמא- שמש מחממת מים בדוד שמש. אנרגית הקרינה הופכת בקולט לאנרגית חום והיא עוברת למים שבצינורות.

 

לגלגולי אנרגיה יש שימושים טכנולוגיים רבים על ידי האדם. לצורך כך יש שימוש במכשירים או מתקנים טכנולוגיים שונים.

 

חוק שימור האנרגיה: אנרגיה לא נעלמת ולא נוצרת מכלום, אלא רק מתגלגלת.

שינוי האנרגיה במערכת סגורה כלשהי מתבטא רק בשינוי צורת האנרגיה או במיקומה, ואילו כמות האנרגיה קבועה תמיד.

 

מקורות אנרגיה

מקור אנרגיה  הוא זה המספק את האנרגיה ההתחלתית ממנה נקבל את האנרגיה השימושית לנו. .  

מקור אנרגיה מתכלה-  מקור אנרגיה ששימוש מוגבר בו מקרב את  הזמן שבו ייגמר המקור.

נפט, עץ, מזון, פחם, גז טבעי, אורניום, חומרים בסוללה.

מקור אנרגיה מתחדש- מקור אנרגיה שאינו מתכלה , כלומר השימוש בו לא גורם לכך שהוא ייגמר.

שמש, מפל מים, רוח, גייזרים.

לשימושים במקורות אנרגיה יש שיקולים כלכליים, פוליטיים, בטיחותיים, איכות סביבה.

 

אנרגיה כימית:

השינוי באנרגיה הכימית נובע מכך שהאטומים בחומרי המוצא (המגיבים) מתנתקים זה מזה, תוך שבירת קשרים כימיים. האטומים הללו מתחברים ויוצרים קשרים כימיים וחומרים חדשים (התוצרים). תהליכים בהם משתנה גודלה של האנרגיה הכימית, כמו למשל תהליכי בעירה, הם שימושיים מאוד בחיי היום יום. שינויים בגודל האנרגיה הכימית מתרחשים גם במרבית התהליכים הדרושים לקיום החיים: עיכול, נשימה, פעולת השרירים, ראיה, פוטוסינתזה ועוד.

אפשר להבחין בין שני סוגים של תגובות כימיות:

תגובות אקסותרמיות - נפלטת אנרגיה לסביבה, כלומר אנרגיית התוצרים נמוכה מאנרגיית המגיבים. תגובות אנדותרמיות -  נקלטת אנרגיה מהסביבה, כלומר אנרגיית התוצרים גבוהה מזו של המגיבים.

 

אנרגית קרינה:

אור יכול להבלע בחומר ולהעלם (כמו למשל בקולטי השמש שעל גגות הבתים), או להיווצר בחומר ולהפלט ממנו (כמו למשל בנורת להט). כאשר אור נבלע בחומר, האור נעלם והאנרגיה של החומר גדלה, וכאשר האור נוצר ונפלט, האנרגיה של החומר קטנה. 

האור שייך לתופעה רחבה יותר, הנקראת בשם קרינה אלקטרומגנטית, אליה שייכים גם גלי רדיו, גלי מיקרו, קרינה אינפרא-אדומה, קרינה אולטרא-סגולה, קרני רנטגן וקרינת גמא. כל סוגי הקרינה האלקטרומגנטית נעים במרחב במהירות האור (שערכה בריק הוא 300,000 ק"מ בשניה) והם נבדלים זה מזה באורך הגל שלהם ובגודל השינוי באנרגיה שהם יכולים לגרום.

קרינת השמש היא ברובה קרינה אלקטרומגנטית, ויש לה חשיבות עצומה לגבינו: הבליעה של קרינת השמש על ידי כדור הארץ מחממת אותו, והבליעה של אור השמש בעת הפוטוסינתזה מאפשא את קיום החיים על כדור הארץ. ואולם, קרינת השמש עלולה גם לגרום לשינויים כימיים בלתי רצויים בגופנו. 

 

אנרגיה גרעינית:

בתהליכים גרעיניים, כמו אלו המתרחשים בחמרים מהם בונים פצצות אטום או פצצות מימן, המסה של גרעיני האטומים המשתתפים בתהליך קטנה אבל לסביבה נפלטת אנרגיה בכמות עצומה. גם בשמש מתרחשים תהליכים גרעיניים כאלו והם אחראיים לכמות האנרגיה הגדולה הנפלטת ממנה.

השינוי באנרגיה הגרעינית קשור לשינויים במסה של גרעיני האטומים המשתתפים בתהליך (חוק שימור המסה לא מתקיים ברבים מהתהליכים הגרעיניים).

אפשר להבחין בין שני תהליכים גרעיניים מרכזיים הגורמים לפליטה של אנרגיה: מיזוג גרעיני וביקוע גרעיני. במיזוג גרעיני גרעינים של יסודות קלים מתמזגים ליצירת גרעין כבד יותר (למשל גרעינים של מימן המתמזגים ליצירת גרעין הליום). בביקוע גרעיני גרעין של יסוד כבר מתפרק לגרעינים של יסודות קלים יותר (למשל ביקוע של גרעין של אורניום בפצצת אטום).

האדם עושה שימוש בתהליכים גרעיניים בתחנות כוח גרעיניות בהן האנרגיה העצומה הנפלטת משמשת ליצירת קיטור ולהנעת טורבינה לצורך יצירת זרם חשמלי.