Năng lượng là gì?
Thanh Uyên Ι 09.2021
Tất cả sinh vật sống trên Trái Đất, từ các loài sinh vật nhỏ xíu như nấm khuẩn đến động thực vật, con người đều cần năng lượng. Vậy năng lượng là gì? Theo các nhà khoa học, năng lượng là khả năng để làm một việc gì đó.
“Việc gì đó” chỉ có thể được hoàn tất nhờ tác động của năng lượng. Chúng ta cần năng lượng để di chuyển một vật, để nghe ai đó nói, để thức dậy, để lớn lên và sinh sản duy trì nòi giống. Vậy chúng ta sử dụng năng lượng đó từ đâu?
Nguồn gốc của năng lượng
Trên Trái Đất, năng lượng đến từ Mặt Trời. Cây cối sử dụng năng lượng Mặt Trời để tạo ra các chất hữu cơ, với các tên gọi khác nhau như thức ăn, dinh dưỡng hay nói một cách ngắn gọn hơn là đường. Đường là một dạng năng lượng hóa học cung cấp cho các cơ thể sống để làm một hay nhiều “việc gì đó”. Bởi vì chỉ có thực vật (cây cối, tảo biển, phù du) và một số ít vi khuẩn mới có khả năng tự tổng hợp thức ăn bằng cách chuyển đổi năng lượng Mặt Trời thành năng lượng hóa học thông qua hoạt động quang hợp. Con người và phần lớn các loài sinh vật sống khác trên Trái Đất gần như hoàn toàn phụ thuộc vào các loài sinh vật tự dưỡng này để lấy được nguồn năng lượng. Tìm hiểu thêm về nhu cầu sử dụng năng lượng của các sinh vật sống tại đây.
Năng lượng
ánh sáng
Năng lượng
hóa học
Năng lượng
điện
Năng lượng
gió
Các dạng năng lượng
Ngoài nguồn năng lượng chính đến từ Mặt Trời, còn có rất nhiều dạng năng lượng khác bao gồm: năng lượng nhiệt, năng lượng chuyển động, năng lượng điện, năng lượng hóa chất, năng lượng trọng lực… Các dạng năng lượng này có thể được gom chung vào 2 nhóm chính: động năng và thế năng. Động năng là khả năng hay năng lực để thực hiện công việc. Thế năng là năng lượng mà một vật có được do vị trí của nó so với vật khác. Trong hóa học, thế năng liên quan đến vị trí của các electron so với nhân nguyên tử hay sự sắp xếp trong cấu trúc của các nguyên tử hoặc phân tử, và còn được gọi là năng lượng tiềm năng hay năng lượng dự trữ.
Năng lượng Mặt Trời
thành Năng lượng điện
Năng lượng nước
thành Năng lượng điện
Nhà máy sản xuất
Năng lượng nhiệt
Năng lượng có thể được chuyển từ dạng này sang dạng khác. Ví dụ, thực phẩm mà một người ăn vào có chứa năng lượng hóa học và năng lượng này được giữ lại trong cơ thể cho tới khi người đó cần để thực hiện một công việc như là hít thở, nói hay đạp xe… Lúc này, năng lượng hóa học đã được chuyển thành động năng. Năng lượng hóa học dự trữ dưới dạng than đá hay khí đốt tự nhiên và động năng của nước chảy trên sông suối cũng có thể được chuyển thành năng lượng điện thông qua các đập nước lớn (gọi là hệ thống thủy điện). Năng lượng điện này sau đó có thể được chuyển thành ánh sáng và nhiệt để sử dụng cho các mục khác trong đời sống hàng ngày.
Sự thất thoát năng lượng
Tất cả các loại năng lượng, trong quá trình chuyển giao từ dạng này sang dạng khác đều có thất thoát, nghĩa là một số năng lượng đã bị mất đi ở dạng không sử dụng được, như là nhiệt. Lượng nhiệt bị mất đi này được gọi là năng lượng phí phạm trong khi phần kia, được sử dụng để làm việc “có ích” nên được gọi là năng lượng hữu ích, hay năng lượng tự do. Trong ví dụ về sử dụng tivi, chẳng hạn. Nếu xem năng lượng điện giúp tivi vận hành là đầu vào với tổng lượng điện là 100%, năng lượng thực sự dùng để tivi hoạt động như chiếu sáng, tạo âm thanh và hình ảnh chiếm khoảng 80%. Trong khi 20% lượng còn lại đã bị thoát ra dưới dạng nhiệt (làm tivi ấm nhẹ lên trong lúc hoạt động). Bởi vì lượng nhiệt thất thoát này không được dùng cho mục đích có lợi nào khác của tivi, nên nó được gọi là năng lượng phí phạm.
Sự chuyển đổi giữa các dạng năng lượng: Năng lượng hữu ích và phí phạm
Vì lý do này, năng lượng hữu ích và phí phạm rất được quan tâm trong các nghiên cứu ứng dụng, dùng cho các sản phẩm có liên quan đến năng lượng. Đèn hay các sản phẩm phát ra ánh sáng nhân tạo là một trong những ví dụ điển hình về sự cải tiến hiệu quả năng lượng sử dụng. Trong khi phần trăm năng lượng phí phạm của đèn sợi đốt lên tới 80%, các sản phẩm kế thừa của nó hiện nay như đèn LED, đèn cao áp… chỉ nằm ở mức 20%.
Phân loại năng lượng
Ngoài ra, năng lượng còn được phân thành 2 nhóm: năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo. Phần lớn các loại năng lượng chính đang được con người sử dụng hiện nay đều là năng lượng không tái tạo và bắt nguồn từ nguyên liệu hóa thạch (than đá, dầu, khí tự nhiên) vốn mất tới hàng triệu triệu năm tích tụ bên trong lòng đất mới có được. Trong khi con người sử dụng hết nhanh chóng chỉ trong vòng khoảng một trăm năm trở lại đây.
Năng lượng hạt nhân, mặc dù bản thân nó được xem là có thể tái tạo được, nhưng nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất, uranium, lại là một kim loại nặng hiếm có hiện diện trong đất đá và nước biển nhưng với tỷ thấp và cũng là thuộc diện không thể tái tạo.
Nhằm giảm thiểu tình trạng biến đổi khí hậu vốn đang là chủ đề trọng tâm hiện nay trên toàn thế giới, các dạng năng lượng tái tạo (năng lượng Mặt Trời, năng lượng gió, năng lượng thủy điện, năng lượng thủy triều, năng lượng địa nhiệt…) đang được con người quan tâm nghiên cứu và sử dụng tuy khả năng cung ứng vẫn còn rất hạn hẹp.
(Tác giả: Thanh Uyên)
Tham khảo thêm