energia

Energia — jedna z podstawowych wartości w fizyce, a także pojęcie określające siły witalne organizmu.

W fizyce energia jest to wielkość skalarna służąca opisowi różnych procesów i oddziaływań zachodzących w przyrodzie. Charakteryzuje ona stany układów fizycznych oraz ich zdolność do wykonywania pracy. W związku z tym możemy wyróżnić różne rodzaje energii. Mówimy też o obiegu energii w przyrodzie, co odnosi się do ciągłego przekształcania poszczególnych rodzajów energii – to z kolei gwarantuje ciągłość życia na Ziemi i prawidłowe funkcjonowanie organizmów.

W zależności od formy energii i sensu, w jakim zostało użyte to pojęcie, wyróżniamy kilka jej jednostek.

Energia w fizyce

Dział fizyki zajmujący się badaniem energetycznych skutków przekształceń chemicznych i fizycznych to termodynamika.

Energia w fizyce jest bezpośrednio związana z pojęciami pracy i ciepła.

Jednostką energii w układzie SI jest J (dżul). We wzorach fizycznych energia zapisywana jest symbolem E.

Jednym z fundamentalnych praw dotyczących energii w ujęciu fizycznym jest zasada zachowania energii, mówiąca o tym, że w układzie izolowanym energia nie może zostać ani stworzona, ani zniszczona – możliwe są jedynie przekształcenia energii, np. przemiana energii chemicznej w energię cieplną lub elektryczną. Szczególny przypadek tej zasady odzwierciedla się w pierwszej zasadzie termodynamiki, która jest zasadą zachowania energii dla układów termodynamicznych.

Przepływ energii w ujęciu fizycznym polega na przenoszeniu energii z jednego układu fizycznego na drugi (z jednego obiektu na drugi). W zależności od procesu fizycznego, energia przybiera różne formy i może być stale przekształcana w inne.

Energia elektryczna podstawą funkcjonowania miast.
Fot. ckstockphoto/envato

Formy energii w fizyce

Energia mechaniczna: jest to suma energii potencjalnej oraz kinetycznej – odnosi się do położenia oraz ruchu pewnego obiektu fizycznego względem określonego układu odniesienia. Energia potencjalna to energia wynikająca z oddziaływania sił, np. sił grawitacji, natomiast energia kinetyczna dotyczy ciała znajdującego się w ruchu. Suma energii potencjalnej i kinetycznej cząsteczek oraz atomów danego ciała to inaczej energia wewnętrzna ciała.

Energia elektryczna – energia zawartych w obiekcie (ciele) ładunków elektrycznych, zdolnych do wykonania pracy. Energia elektryczna prądu elektrycznego jest to inaczej energia przekazywana przez prąd elektryczny do odbiornika wykonującego pracę lub przekształcającego ją w inną postać energii.

Energia chemiczna – jest to energia wiązań chemicznych, określana jaka najmniejsza energia konieczna do rozerwania wiązania chemicznego.

Energia termiczna – zwana najczęściej energią cieplną, jest to energia wewnętrzna układu, powstająca w wyniku chaotycznego ruchu jego cząsteczek, zmagazynowana w cząsteczkach lub atomach ciała.

Energia jądrowa – energia zmagazynowana w jądrze atomowym, niezbędna do rozerwania jądra na jego części składowe. Zostaje uwolniona w procesie przemiany jądrowej. Proces syntezy jądrowej jest głównym źródłem energii emitowanej przez ciała niebieskie (jest nią więc również energia słoneczna).

Energia słoneczna – energia powstającą w centralnej części Słońca (jego jądrze), będąca produktem przemian termojądrowych, przede wszystkim syntezy wodoru. Energia słoneczna jest podstawowym źródłem energii odnawialnej, może być przekształcona w energię cieplną lub energię elektryczną.

Energia słoneczna jako fundament życia na Ziemi, fot. thanyapatm/envato

Inne użycia pojęcia energia

Określenia energia używa się również w sensie potocznym, gdy mowa jest o siłach witalnych oraz gotowości do pracy danego organizmu. Mówimy wówczas o tym, że ktoś ma niewiele energii lub przeciwnie – że „tryska energią”. W tym samym kontekście pojęcie energii pojawia się rozumiane również jako pewien zasób sił niezbędny do wykonywania poszczególnych funkcji życiowych. Źródłem takiej energii jest głównie pożywienie i w tym znaczeniu energia jest już terminem bardziej konkretnym, wiąże się nawet z osobną jednostką energetyczną, czyli z tzw. kalorią. Kaloria jest to w rzeczywistości historyczna jednostka energii cieplnej i w tym sensie pozostaje wielkością fizyczną. 1 cal (kaloria) to 4,1855 J. Jednak w dietetyce, gdzie termin ten jest wykorzystywany obecnie, jego sens zmienił się do tego stopnia, że w powszechnym użyciu nie odpowiada już fizycznym wyliczeniom (skrót kcal faktycznie oznacza nie kalorię, a kilokalorię czyli 1000 kalorii, podczas gdy jest używany do określania tego pierwszego). Kalorie wyrażają ilość energii przyswojoną przez ludzki organizm po spożyciu danego posiłku czy produktu. Wiadomo, ile kalorii mają poszczególne składniki odżywcze, a więc węglowodany, tłuszcze oraz białka.

Turbiny wiatrowe – alternatywne źródło energii, fot. catolla/envato

Energia w filozofii

Energia jest jednym z podstawowych terminów metafizyki klasycznej, ściśle związanym z ruchem oraz aktem, rozwiniętym z filozofii arystotelesowskiej. Ponadto energia rozumiana jako siła witalna, to termin znany z filozofii chińskiej, związany z procesami natury.

Bibliografia:

• Biologia, Eldra Pearl Solomon, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Claude A. Villee, Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1996.
• Słownik encyklopedyczny, Grażyna Łabno, Wydawnictwo Europa, Warszawa 2006.
• Encyklopedia biologiczna T. III, Zdzisława Otałęga (red. nacz.), Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1998.
• Energy in Nature and Society – General Energetics of Complex Systems, Vaclav Smil, MIT Press, 2008.
• Podstawy fizyki T. 1, David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015.