Hva er Energi? – Enkelt Forklart

Hva er energi? Energi er evnen til å utføre arbeid.

Forskere definerer energi som evnen til å utføre arbeid. Moderne sivilisasjon er mulig fordi folk har lært hvordan de kan endre energi fra en form til en annen og deretter bruke den til å utføre arbeid.

Mennesker bruker i dag energi til å gå, sykle, akselerasjon i biler, få båter i plan, steke mat, lage is i frysere, oppvarming i våre hjem og kontorer, produsere produkter og sende astronauter ut i verdensrommet.

En eldre måleenhet for energi er kalori, og fremdeles brukes ofte kalori eller kilokalori (kcal) for å angi energiinnholdet i næringsmidler.

Elektrisk energi måles i kilowattimer, som har symbol kWh. ⚡

Det er mange forskjellige former for energi, inkludert

• Varme
• Lys
• Bevegelse
• Elektrisk
• kjemisk
• Gravitasjon

Disse energiformene kan grupperes i to generelle energityper for arbeid:

• Potensiell eller lagret energi
• Kinetisk eller arbeidsenergi

Energi kan omdannes fra en form til en annen. For eksempel inneholder maten en person spiser kjemisk energi, og en persons kropp lagrer denne energien til han eller hun bruker den som kinetisk energi under fysisk eller psykisk anstrengelse.

Den lagrede kjemiske energien i kull eller naturgass og kinetisk energi fra vann som strømmer i elver kan omdannes til elektrisk energi, som igjen kan omdannes til lys og varme.

Energikilder kan kategoriseres som fornybare eller ikke -fornybare

Det er mange forskjellige energikilder, som kan deles i to

• Fornybare energikilder som enkelt kan fornyes
• Ikke -fornybare energikilder som ikke lett kan fornyes

Fornybare og ikke -fornybare energikilder kan brukes som primære energikilder for å produsere nyttig energi som varme, eller de kan brukes til å produsere sekundære energikilder som elektrisitet og hydrogen.

I fysikken er energi det samme som evne til å utføre arbeid, og måleenheten for energi er det samme som for arbeid, joule.

Energi som begrep i fysikken

Energi ble inntil 1700-tallet brukt som begrep i fysikken uten noen spesifikk definisjon, omtrent i samme betydning som kraft.

Ved utviklingen av den rasjonelle mekanikken fikk ordet en eksakt betydning:

Energi er den evnen et mekanisk system har til å utføre arbeid.

Denne definisjonen er senere utvidet slik at den ikke bare gjelder mekaniske systemer, men et hvilket som helst fysisk system.

Mekanikkens to energiformer

I mekanikken regnes med to energiformer:

• kinetisk energi eller bevegelsesenergi, som er den energien et legeme har på grunn av sin fart
• potensiell energi eller stillingsenergi, som er den energien et legeme har fordi ytre krefter virker på det og forsøker å sette det i bevegelse

Den kinetiske energien for faste legemer, væskemengder og gasser er lik produktet av halve legemets masse m og kvadratet av hastigheten (v):

E = ½m · v²

Den potensielle energien kan bli frigjort når legemet forskyves i kraftens retning. Da går legemets potensielle energi over til kinetisk energi.

Energilovene

En rekke mislykkede forsøk på å lage et perpetuum mobile – en evighetsmaskin som skulle drives ved å la energi veksle mellom de to formene uten at ny energi ble tilført – ledet til loven om energiens konstans eller bevarelse i mekaniske prosesser, en av bevaringslovene.

Påvisning av sammenhengen mellom varme og mekanisk energi ledet til en utvidelse av energibegrepet og energiloven. I den utvidede formen, også kalt termodynamikkens første hovedsetning, sier loven at energi aldri kan oppstå eller gå til grunne, men bare skifte fra én form til en annen. Loven har vist seg verdifull, idet den brukes for å holde regning med hvordan energi omsettes i en prosess. På den måten har den også ledet til oppdagelse av nye energiformer.

Indre energi

Indre energi er den energien som er lagret i et legeme eller et system (for eksempel en gass) på grunn av molekylenes ustanselige bevegelse, altså molekylenes kinetiske energi. Den ytrer seg ved legemets (eller gassens) temperatur. All energi i atomer og atomkjerner er også indre energi.

Faste stoffer har også indre energi knyttet til at molekylene har rotasjons- og vibrasjonsbevegelse. En spent fjær har indre energi som skyldes at man har forskjøvet atomene i stoffet litt bort fra hvilestillingene de har i forhold til hverandre i den uspente fjæren. Da oppstår tiltreknings- og frastøtningskrefter som søker å bringe atomene tilbake til hvilestillingene. Dermed vil atomene som molekylene består av få en vibrasjonsbevegelse.

Alle spenninger i stoff skyldes slike atomære krefter, mest av elektrisk natur, og gir opphav til potensiell energi i stoffet – elektrisk ladning.

Typer potensiell energi

Alle energikilder er bærere av potensiell energi i en eller annen form. Potensiell energi deles inn etter hvilke krefter som virker og hvilken måte energien frigjøres på.

Gravitasjonsenergi

Gravitasjonsenergi eller tyngdeenergi skyldes tiltrekning på avstand mellom legemer på grunn av gravitasjonskrefter. Alle legemer har denne egenskapen. Som energikilde kan tyngdeenergien nyttiggjøres ved vannfall, når tunge gjenstander faller og når legemer beveger seg nedoverbakke. Ved arbeid kan man heise opp et legeme, fjerne det et stykke fra jordoverflaten, og legemet får da potensiell energi i tyngdefeltet. Denne energien er lik produktet av legemets tyngde, G, og den loddrette fallhøyden, h: E = G · h.

Elektrisk energi

Elektrisk energi skyldes krefter som virker på elektriske ladninger (oftest elektroner) og setter disse i bevegelse. Kreftene oppstår enten ved induksjon på grunn av magneter som holdes i bevegelse, som i en dynamo, og overfører mekanisk energi til elektrisk, eller ved kjemiske prosesser (elektriske elementer) hvor kjemisk energi overføres til elektrisk energi.

Atomkjerneenergi

Atomkjerneenergi er på mange måter analog til kjemisk energi, idet det her er potensiell energi mellom nukleonene i kjernen som frigjøres. Dette skjer enten ved at tunge kjerner deler seg i to, hvor nukleonene er tettere pakket sammen og derfor har mindre potensiell energi enn i moderkjernen (fisjon), eller ved at de letteste kjernene smelter sammen til større enheter (fusjon). Naturlig og kunstig radioaktivitet skyldes også atomkjerneenergi. Den høye temperaturen i Jordens indre kommer for en stor del av stadig frigjøring av atomkjerneenergi.

Stråling

Stråling er overføring av energi ved elektromagnetiske bølger eller ved partikler. Langbølget stråling brukes i radio. Ved frigjøring av kjemisk energi sendes det ut bølger som setter større fart i omgivelsenes molekyler, som utvikler varmeenergi. Et bestemt bølgelengdeområde overfører energi som fører til kjemiske prosesser i øyet og oppfattes som lys. Røntgen- og gammastråling er særlig kortbølget og gjennomtrengende, og skriver seg fra frigjort atom- og kjerneenergi. Partikkelstråling er mest knyttet til radioaktivitet og fisjon. Partiklene sendes ut av kjernen med stor bevegelsesenergi, og det svarer til høy temperatur. Atomkjerneenergi går direkte over i varmeenergi. Solenergi er atomkjerneenergi.

De fleste overføringer av energi fra en form til en annen ender som regel i bevegelsesenergi for atomer og molekyler, det vil si varmeenergi i stoffet som det ofte er vanskelig å få tilbake til andre energiformer. Dette kalles derfor ofte et energitap, selv om energien i og for seg ikke er tapt, bare vanskelig å utnytte.

Forholdet mellom energi og masse

Etter relativitetsteorien er energi og masse likeverdige begreper, noe som uttrykkes ved Einsteins ligning: E = m · c², som sier at det til en masse, m, svarer en energi, E, som er lik produktet av massen og kvadratet av lyshastigheten, c. Loven om energiens konstans kan derfor like gjerne kalles loven om massens konstans.

Tidligere antok man at massen av en begrenset stoffmengde var uforanderlig, men etter Einsteins ligning vil en forandring av energien medføre en forandring av massen. En slik forandring er i mekaniske og kjemiske prosesser så liten at den vanskelig kan påvises, men i kjernefysiske prosesser blir den en målbar størrelse. Den energien som frigjøres i en vanlig forbrenningsprosess vil således svare til en masseendring på mindre enn ett gram per 1000 tonn forbrenningsmateriale, mens man i kjernefysiske prosesser kan få en masseendring på flere gram per kilo.

Når hele massen av en atomkjerne ikke kan omsettes til andre energiformer, henger dette sammen med fundamentale partikkelegenskaper som er slik at en partikkel bare kan gå til grunne når den støter sammen med en tilsvarende antipartikkel. Men hvis dette skjer, oppstår elektromagnetisk stråling med en energimengde som svarer til massen av de to partiklene.