انرژی در همه جا هست،
کمیتی فیزیکی که از قوانین طبیعت پیروی می کند.
جهان ما دارای مقدار محدودی انرژی است،
نه بوجود می آید و نه از بین میرود
اما شکلهای مختلفی دارد،
مانند انرژی جنبشی و پتانسیل،
که هرکدام خواص و فرمولهای متفاوتی دارند.
به عنوان مثال،
یک لامپ ۶ وات چراغ رومیزی
۶ ژول از انرژی نور را در هر ثانیه منتقل می سازد.
اما اجازه دهید به فضای خارج از جو برویم
تا به سیارهمان، به سیستمهای آن و به جریان انرژی نگاهی بیندازیم.
سیستمهای فیزیکی زمین شامل
جو، آب کره (بخش آبی زمین)،
سنگ کره (بخش خشکی) و زیست کره (بخش قابل زندگی)
انرژی به داخل و خارج از این سیستمها در حال حرکت است،
و در حین انتقال انرژی میان آنها،
بخشی از انرژی در محیط اطراف از بین میرود،
مثل گرما، نور، صدا،
لرزش، یا حرکت.
انرژی سیاره ما از منابع درونی و بیرونی تأمین میشود.
انرژی زمین گرمایی از ایزوتوپهای رادیواکتیو
و انرژی دورانی از گردش زمین به دور خودش
نمونههایی از منابع درونی هستند،
در حالیکه خورشید مهمترین منبع خارجی است،
که محرک سیستمهای مشخصی، مثل آب و هوا و شرایط اقلیمی است.
نور خورشید سطح زمین و جو را به صورت متفاوتی گرم میکند،
و این سبب جابجایی گرمایی میشود،
در نتیجه بادها و موجهای دریایی ایجاد میشوند.
پرتوی مادون قرمز، از سطح گرم زمین بازتاب شده،
و در فضای گازهای گلخانهای به دام میافتد که بیشتر بر جریان انرژی اثر گذار است.
خورشید مهمترین منبع انرژی برای موجودات زنده است.
گیاهان، جلبکها و سیانوباکتریها
برای تولید مواد عالی از خورشید،
از دی اکسید کربن و از آب استفاده میکنند،
تا زنجیره غذایی موجودات زنده را تأمین کنند.
ما نیز انرژی این غذا را با واکنشهای شیمیایی آزاد میکنیم،
مثل احتراق و تنفس.
در هر مرحلهای از زنجیره غذایی، بخشی از انرژی
به شکل مواد شیمیایی جدید ذخیره میشوند،
اما بیشتر آنها در محیط تلف میشوند،
مثل گرما، گرمای بدن شما،
که با هضم غذا آزاد میشود.
حال، همانطور که مصرف کنندههای اولیه گیاهان را میخورند،
تنها ۱۰ درصد از کل انرژی آنها به سطح بعدی منتقل میشود.
از آنجا که انرژی فقط در یک جهت در زنجیره غذایی میتواند جریان یابد،
یعنی از تولید کننده به مصرف کننده و تجزیه کننده،
موجودی که در سطوح اولیه زنجیره غذایی قرار دارد،
بازده بیشتری را نسبت به سطوح بالاتر دارد.
بنابراین تولید کنندهها کارآمدترین عضو زنجیره هستند
تا حیوانی بتواند انرژی بیشتری از آنها دریافت کند،
اما وارد نشدن انرژی برای تولید کنندگان،
که بیشتر آن از خورشید است،
سبب نابودی زندگی در زمین میشود.
ما انسانها در خیلی از کارها علاوه بر خوردن انرژی مصرف میکنیم.
سفر می رویم، می سازیم، بسیاری از فناوریها را راه میاندازیم.
برای همه اینها،
بیشتر از سوخت فسیلی استفاده میکنیم
زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی،
که حاوی انرژی هستند
که گیاهان در زمانهای دور آنها را از خورشید گرفتند
و به شکل کربن ذخیره کردند.
وقتی ما سوخت فسیلی را در نیروگاهها میسوزانیم
انرژی ذخیره شده آزاد میشود
و الکتریسیته تولید میکند.
برای تولید برق،
حرارت ناشی از سوخت در راه اندازی توربین قدرت بکار رفته
و مگنتها را میچرخاند،
در نتیجه میدان مغناطیسی نسبت به
سیمپیچها تغییر می کند
تا سبب القای جریان الکترونی در سیم شوند.
تمدن مدرن به توانایی ما
در برقراری جریان الکتریسیته وابسته است.
خوشبختانه، ما محدود به سوزاندن سوخت های تجدید ناپذیر
برای تولید برق نیستیم.
القای الکترونها برای جریان
مستقیماً با برهمکنش با نور ممکن است،
روشی که سلولهای خورشیدی انجام میدهند.
سایر منابع تجدید پذیر انرژی،
مثل باد، آب،
زمین گرمایی، سوخت زیستی
می توانند در جهت تولید برق استفاده شوند.
تقاضای جهانی برای انرژی در حال افزایش است،
اما زمین منابع محدودی دارد
که باید زیرساختهای پیچیدهای را برای دسترسی به آنها داشته باشد.
با افزایش جمعیت،
به همراه رشد توسعه و صنعت،
تصمیمات مربوط به انرژی بسیار اهمیت مییابند.
دسترسی به انرژی بر سلامت، آموزش،
سیاست و شرایط اجتماعی اقتصادی مؤثر است.
اگر ما بازده انرژی را افزایش دهیم،
می توانیم با احتیاط بیشتری منابع طبیعی را مصرف کنیم
و کیفیت زندگی را برای همه بهبود ببخشیم.