Energi, adil untuk dikatakan, adalah konsep yang sangat kabur. Jadi ke mana orang pergi untuk belajar lebih banyak? Apakah seseorang harus mengambil kursus fisika? Saya tidak berpikir demikian, dan untuk menguji teori saya, saya telah mencoba menjelaskan energi sesingkat mungkin, di sini.

Energi 101

Energi inilah yang membuat dunia berputar. Secara harfiah. Setiap neuron yang memicu di otak Anda, setiap elektron yang membakar kabel, setiap molekul yang terbakar dalam api, membawa semacam momentum yang dilaluinya seperti tongkat dalam lomba estafet kompleks. Tongkat-tongkat itu membanjir ke segala arah di sekitar kita dan di seluruh alam semesta – mereka adalah energi dan kita telah belajar bagaimana memanfaatkannya.

Kata sebenarnya "Energi" adalah istilah yang banyak disalahgunakan saat ini – karena energi digunakan untuk mewakili berbagai fenomena yang berbeda dari panas ke cahaya ke kecepatan ke berat, dan karena tampaknya dapat mengubah bentuk begitu mudah, itu adalah meriam. makanan untuk interpretasi pseudo-ilmiah dan spiritual. Namun, Anda akan senang mendengar bahwa itu benar-benar memiliki sifat yang sangat jelas (dan konsisten).

Saya suka berpikir tentang energi yang sedikit seperti uang – itu adalah semacam mata uang yang dapat diperdagangkan. Dibutuhkan dalam berbagai bentuk (dolar / pound / franc Swiss) dan pada akhirnya dapat diuangkan untuk mencapai sesuatu. Namun, seperti uang, sekali dihabiskan, itu tidak lenyap. Ini hanya bergerak pada bab baru dalam hidupnya dan dapat digunakan kembali tanpa batas.

Untuk mengilustrasikan poinnya, mari ikuti 'unit energi' melalui kunjungan ke planet Bumi untuk melihat apa yang saya maksud. Itu [number] menunjukkan setiap kali ia mengubah mata uang (lihat kuncinya di bawah).

Energi dalam cerita kita dimulai diikat di atom hidrogen di bawah sinar matahari [1]. Tiba-tiba, karena tekanan dan panas yang sangat besar, nuklei beberapa atom bereaksi membentuk atom helium baru, dan semburan radiasi[2] dilepaskan. Radiasi menabrak atom-atom lain di dekatnya yang memanasinya begitu panas [4] bahwa mereka bersinar, mengirim cahaya [2] ke luar angkasa. Beberapa menit berlalu dalam keheningan sebelum cahaya menerobos atmosfer dan jatuh ke hutan hujan yang menabrak daun. Di dalam daun, semburan tenaga menghancurkan molekul karbon dioksida dan membantu membebaskan karbon untuk membuat makanan bagi tanaman [3]. Tanaman ini dapat dimakan (memberikan makanan 'Kalori'), atau mungkin jatuh ke tanah dan menetap dan menua selama jutaan tahun mungkin berubah menjadi batu bara. Batubara itu dapat digali dan dibakar untuk menghasilkan panas [4] di pembangkit listrik, air mendidih untuk memasok uap terkompresi [5] yang dapat menggerakkan turbin [6] yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik [7] yang kemudian dapat kita gunakan di rumah kita untuk memanaskan / menyalakan / memindahkan / memasak atau mungkin untuk mengisi ulang ponsel kita [3]. Energi itu kemudian akan digunakan untuk mentransmisikan gelombang mikro ketika Anda membuat panggilan [2] yang sebagian besar akan hilang ke lingkungan memanaskannya (sangat) sedikit [4]. Akhirnya bumi yang hangat memancar [2] kelebihan panas ini ke dalam kehampaan di mana mungkin itu akan memiliki kehidupan lain …

Mata uang energi:

[1] Materi adalah energi, menurut Einstein, dan kuantitas berhubungan dengan massa menurut E = mc ^ 2 (c adalah konstanta yang sama dengan kecepatan cahaya).

[2] Radiasi (seperti sinar matahari) adalah aliran energi, dan kandungan energi menghubungkan frekuensi menurut E = hf (h adalah konstanta Planck).

[3] Energi kimia – energi yang paling kompleks, campuran ketegangan yang berbeda di bidang gaya nuklir dan medan elektromagnetik.

[4] Thermal (panas) energi – ini benar-benar hanya bentuk energi kinetik yang licik [6 below] – partikel kecil yang bergerak dan bergetar cepat dirasakan oleh kita sebagai panas.

[5] Kompresi (atau tegangan) energi – sementara udara terkompresi lagi-lagi merupakan bentuk energi kinetik yang licik

[6], pegas terkompresi berbeda – itu energi lebih seperti energi kimia dan disimpan dengan menciptakan ketegangan di medan gaya hadir di alam (gravitasi, elektromagnetik dan gaya nuklir).

[6] Energi kinetik – adalah energi berdasarkan gerakan (seperti peluru yang melaju kencang atau kereta tak terbendung)

[7] Energi listrik – energi ini, seperti pegas terkompresi, disimpan sebagai tekanan di medan gaya, dalam hal ini medan gaya elektromagnetik.

Cerpen ini adalah bukti banyaknya pembelajaran oleh spesies kita, tetapi ada beberapa pengecualian yang jelas untuk dibaca dalam cerita:

  • Medan energi (aura) atau garis energi dalam tubuh yang melakukan "chi" (atau kekuatan hidup) dari tradisi medis Asia
  • Garis energi di Bumi (garis Ley alias)
  • Energi negatif atau positif (seperti dalam "getaran positif atau negatif")

Mata uang energi ini terkait dengan teori dan keyakinan bahwa sains tidak dapat memverifikasi dan dengan demikian mereka tidak memiliki "nilai tukar" yang diketahui. Menanyakan berapa banyak bola lampu yang dapat Anda dayai dengan Chi Anda merupakan pertanyaan yang tidak masuk akal, padahal itu bukan untuk bentuk energi yang didukung secara ilmiah. Dan karena aliran energi bertanggung jawab untuk semua tindakan di alam semesta, tidak dapat ditukarkan akan menjadi terbatas.

Di mana tepatnya Energi disimpan?

Ini mungkin terdengar seperti pertanyaan aneh, kita tahu Energi disimpan dalam baterai, tangki bensin dan kue chip coklat. Tetapi pertanyaannya adalah, di mana tepatnya itu disimpan dalam hal-hal itu?

Energi disimpan dalam beberapa cara:

  • sebagai gerakan – setiap gerakan massa memiliki energi berdasarkan gerakan, yang disebut Energi Kinetik
  • sebagai masalah – Einstein tahu bahwa materi hanyalah bentuk energi, dan nilai tukar luar biasa – 1g = 90.000.000.000.000.000.000 joule (dari E = mc ^ 2)
  • sebagai ketegangan di medan gaya

Yang terakhir terdengar agak samar, tetapi sebenarnya sebagian besar energi yang kita gunakan adalah dalam bentuk ini – bensin, makanan, baterai dan bahkan palu yang ditinggikan semua energi toko dalam apa yang pada dasarnya dikompresi (atau peregangan mata air).

Apa itu medan gaya? Kenapa aku harus mengungkitnya?

Semua ruang (bahkan ruang hampa antar bintang) diserap oleh medan gaya. Yang kita semua tahu yang terbaik adalah gravitasi – kita tahu bahwa jika kita mengangkat beban, kita harus mengerahkan upaya dan upaya itu kemudian disimpan dalam berat itu dan dapat dipulihkan kemudian dengan menjatuhkannya di kaki Anda.

Gravitasi hanyalah salah satu dari beberapa medan gaya yang dikenal sains. Medan magnet sangat mirip – dibutuhkan energi untuk menarik magnet dari lemari es, dan jadi sebenarnya ini adalah toko energi ketika dijauhkan dari lemari es.

Medan gaya berikutnya adalah yang dibuat oleh muatan listrik (medan listrik). Selama bertahun-tahun, ini adalah bidang tersendiri, tetapi seorang yang bernama James Clerk Maxwell menyadari bahwa medan listrik dan medan magnet dalam beberapa hal memiliki dua sisi dari mata uang yang sama, sehingga fisikawan sekarang berbicara tentang medan elektromagnetik. Ternyata energi listrik (seperti yang tersimpan dalam kapasitor) terdiri dari ketegangan di bidang ini, seperti berat yang dinaikkan adalah tegangan di medan gravitasi. Mungkin mengejutkan, cahaya (seperti gelombang radio, gelombang mikro dan sinar-x) juga energi yang tersimpan dalam fluktuasi medan energi.

Banyak energi kimia juga disimpan di medan listrik – misalnya, sebagian besar atom terdiri dari inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif, dan semakin jauh terpisah mereka dijaga, semakin banyak energi yang mereka pegang, hanya suka mengangkat beban. Karena elektron dibiarkan lebih dekat ke inti, energi dilepaskan (umumnya sebagai radiasi, seperti cahaya – dengan demikian hal-hal panas menyala).

Medan kekuatan yang paling tidak dikenal adalah kekuatan 'nuklir' yang kuat. Ini adalah kekuatan yang memegang partikel subatom (proton) bersama-sama dalam nukleus atom. Karena proton semuanya bermuatan positif, proton-proton tersebut harus saling tolak, tetapi ada sesuatu yang menghalangi mereka, sehingga fisikawan telah menyimpulkan bahwa medan gaya ini harus ada. Ternyata teori mereka mengandung air, karena jika Anda dapat menarik proton ini sedikit terpisah, mereka akan tiba-tiba terbang dengan penuh semangat. Gaya nuklir yang kuat ternyata sangat kuat, tetapi hanya bekerja dengan jarak yang sangat kecil. Ini jarang mempengaruhi kita karena kita jarang menyimpan energi dengan medan energi ini.

Sekarang kita memahami medan gaya, kita dapat melihat bagaimana molekul (bensin, oksigen, coklat) menyimpan energi. Semua molekul terbuat dari atom yang terhubung satu sama lain melalui berbagai 'ikatan' dan ikatan ini seperti mata air. Berbagai jenis molekul memiliki jumlah ketegangan yang berbeda dalam ikatan ini – ternyata molekul batubara, yang diciptakan jutaan tahun lalu dengan energi dari matahari, penuh dengan ikatan tegang yang sekarat untuk menyusun kembali ke konfigurasi yang lebih santai, yang persis apa yang terjadi ketika kita menerapkan oksigen dan sedikit panas untuk memulai reaksi.

Kerumitan ketegangan dalam molekul mungkin yang paling menakjubkan di alam, karena itu adalah pengaturan ulang mereka yang menghidupkan kehidupan seperti yang kita ketahui.

Apa sebenarnya Heat itu?

Anda mungkin telah memperhatikan bahwa saya tidak memasukkan panas sebagai bentuk penyimpanan energi di atas. Tapi tentu saja hal-hal yang panas adalah toko energi?

Ya, memang, tapi panas sebenarnya hanya semacam ilusi. Kami menggunakan panas sebagai penangkap semua istilah untuk menggambarkan energi kinetik dari molekul dan atom. Jika Anda memiliki sebotol udara, suhu udara adalah konsekuensi langsung dari kecepatan rata-rata molekul gas yang mengalir di sekitar bashing satu sama lain.

Saat Anda memanaskan udara, Anda sebenarnya hanya meningkatkan kecepatan partikel. Jika Anda memampatkan udara, Anda mungkin tidak meningkatkan kecepatannya, tetapi Anda akan memiliki lebih banyak partikel dalam volume yang sama, yang juga 'terasa' lebih panas.

Padatan sedikit berbeda – atom dan molekul dalam padatan tidak memiliki kebebasan untuk terbang, jadi sebaliknya, mereka bergetar. Ini seperti setiap molekul dibatasi oleh pita elastis yang menarik ke segala arah. Jika molekulnya masih, itu dingin, tetapi jika itu memantul seperti pinball, maka ia memiliki energi kinetik, dan terasa lebih panas.

Anda dapat melihat dari sudut pandang ini, bahwa berbicara tentang suhu atom, atau vakum, tidak ada artinya, karena suhu adalah properti makroskopik materi. Di sisi lain, Anda dapat secara teknis berpendapat bahwa peluru terbang merah panas karena memiliki begitu banyak energi kinetik …

Apakah Energi Dapat Digunakan Kembali?

Kami sebagai spesies, telah belajar bagaimana memanfaatkan arus energi untuk membuat mereka melakukan penawaran kami. Pertanyaan besar: Akankah kita menggunakan semuanya?

Para ilmuwan telah menemukan bahwa energi hampir tidak dapat dihancurkan – tidak pernah "digunakan", hanya mengalir dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Masalahnya adalah bukan bahwa kita akan habis, tetapi kita mungkin secara bodoh mengubahnya menjadi beberapa bentuk yang tidak dapat digunakan.

Listrik adalah contoh energi yang sangat berguna – kita memiliki mesin yang mengubah listrik menjadi hampir apa saja, sedangkan panas hanya berguna jika Anda kedinginan, dan cahaya hanya berguna jika Anda berada dalam kegelapan.

Insinyur juga berbicara tentang kualitas (atau tingkat) energi. Seorang insinyur akan selalu memilih 1 liter air 70 derajat lebih hangat daripada suhu ruangan, dari 70 liter air 1 derajat lebih hangat, meskipun ini mengandung energi yang terwujud sama. Anda dapat menggunakan air panas untuk merebus telur, atau membuat teh, atau Anda dapat mencampurnya dengan 69 liter air suhu kamar untuk memanaskannya dengan 1 derajat. Ini lebih fleksibel.

Sayangnya, sebagian besar mesin yang kita gunakan, mengubah energi yang baik (listrik, bensin, cahaya) menjadi energi buruk (biasanya "panas kelas rendah").

Mengapa panas derajat rendah begitu buruk? Ternyata kita tidak memiliki mesin yang layak untuk mengubah panas kelas rendah menjadi bentuk energi lain. Sebenarnya kita tidak dapat secara teknis mengubah segala bentuk panas menjadi energi kecuali kita memiliki sesuatu yang dingin di tangan yang juga bersedia kita hangatkan; mesin kami hanya dapat mengekstraksi energi dengan menggunakan panas hal-hal dingin bersama. Mesin uap sangat bergantung pada lingkungan yang mendinginkan dan mengembun uap air seperti yang terjadi pada batu bara perutnya. Pembangkit listrik bergantung pada menara pendingin mereka sebanyak tungku mereka. Ternyata semua mesin panas kami terjebak dalam perangkap ini.

Jadi, dalam ringkasan, panas itu sendiri tidak berguna – ini adalah perbedaan suhu yang kita tahu bagaimana memanfaatkan, dan semakin besar semakin baik.

Gambaran energi ini memungkinkan kita berpikir secara berbeda tentang bagaimana kita berinteraksi dengan energi. Kami telah mempelajari beberapa fakta kunci:

  1. Energi tidak hancur, dan tidak dapat sepenuhnya digunakan – ini seharusnya memberi kita harapan
  2. Energi dimanfaatkan untuk melakukan pekerjaan kotor kita, tetapi cenderung berakhir terjebak dalam bentuk yang 'sulit digunakan'

Jadi yang perlu kita lakukan untuk menyelamatkan diri adalah:

  1. Gunakan kembali energi yang sama berulang kali
  2. dengan mencari cara untuk mengekstraksi energi dari panas tingkat rendah

Sayangnya, ini adalah kacang yang lebih keras untuk retak daripada kekuatan fisi, jadi saya tidak menahan napas. Ternyata ada hukum universal lain yang menyebalkan (Hukum Kedua Termodinamika) yang mengatakan bahwa setiap kali energi mengalir, entah bagaimana akan menjadi kurang bermanfaat, seperti air mengalir menurun. Ini karena energi hanya dapat mengalir satu arah: dari sesuatu yang panas ke sesuatu yang dingin – sehingga sekali sesuatu yang panas dan sesuatu yang dingin bertemu dan suhu berubah, Anda selamanya kehilangan energi bermanfaat yang Anda miliki.

Seolah-olah kami memiliki pegunungan dan menggunakan longsoran untuk menggerakkan mesin kami. Tidak hanya gunung kita akan semakin pendek dari waktu ke waktu tetapi lembah-lembah kita akan penuh juga, dan segera kita akan hidup di pesawat datar dan mesin kita akan diam.

Gambar besar

Jadi energi yang berguna di alam semesta sedang digunakan. Haruskah kita khawatir?

Iya dan tidak.

Ya, Anda harus khawatir karena secara lokal kita kehabisan sumber energi mudah dan sekarang harus mulai menggunakan yang berkelanjutan. Jika kita tidak mendaki cukup cepat kita akan mengalami kekurangan katastropik.

Tidak, seharusnya tidak perlu khawatir bahwa kita akan kehabisan, karena ada sumber yang berkelanjutan – matahari memompa keluar lebih banyak dari yang kita gunakan, itu hampir tidak terbatas.

Oh, dan ya lagi – karena membakar semuanya mengacaukan suasana kimia, yang juga kemungkinan menyebabkan bencana. Kabar baiknya adalah bahwa solusi untuk ini adalah sama – sumber energi terbarukan yang paling tidak memiliki efek samping yang tidak menyenangkan ini.

Oh, dan dalam jangka waktu yang sangat lama, ya kita harus khawatir lagi. Semua energi di alam semesta pada akhirnya akan berubah menjadi panas, dan panas mungkin akan tersebar merata di seluruh alam semesta, dan meskipun semua energi akan tetap ada dan diperhitungkan, itu tidak mungkin digunakan dan alam semesta pada dasarnya akan berhenti. Sangat suram, tetapi ini adalah apa yang dipercaya oleh banyak fisikawan: kita semua ada di arus arus panas yang menyebar sementara alam semesta secara bertahap menuju ke suatu keseimbangan yang hangat dan mati.

=============

Jika Anda menyukai artikel ini, Anda mungkin suka seri saya tentang otomotif yang efisien.

Tags: , , ,

Leave a Reply