Нас окружает энергия,
физическая величина, беспрекословно подчиняющаяся законам природы.
Количество энергии в нашей вселенной ограничено:
ничто её не создаёт и не уничтожает.
Но формы энергии различны,
например, кинетическая и потенциальная формы,
каждая со своими свойствами и формулами для запоминания.
Например,
6-ваттная лампочка настольной светодиодной лампы
переносит 6 джоулей световой энергии в секунду.
Но вернёмся к космосу
и взглянем на нашу планету, её системы и поток энергии, идущий через них.
Физические системы Земли включают
атмосферу,
гидросферу,
литосферу
и биосферу.
Энергия движется в эти системы и из них,
причём во время переноса из системы в систему
часть энергии рассеивается в окружающей среде
в виде тепла, света, звука, вибрации или движения.
Энергия нашей планеты исходит
из внутренних и внешних источников.
Геотермальная энергия радиоактивных изотопов
и энергия вращения Земли —
внутренние источники энергии,
в то время как Солнце — основной внешний её источник,
влияющий на такие системы,
как погода и климат.
Солнце нагревает поверхность и атмосферу
неравномерно,
что вызывает конвекцию,
которая влияет на формирование воздушных и океанических течений.
Инфракрасное излучение
от разогретой поверхности Земли
удерживают парниковые газы,
и оно продолжает влиять на потоки энергии.
Солнце является также основным источником энергии
для живых существ.
Растения, водоросли и цианобактерии
при помощи света Солнца создают органические вещества
из углекислого газа и воды,
чем обеспечивают работу биосферных пищевых цепочек.
Энергия, получаемая с едой, высвобождается
при реакции окисления, имеющей место,
например, при теплообмене и дыхании.
На каждом уровне пищевой цепи
часть энергии накапливается
в новообразованных химических соединениях,
но большая часть рассеивается в окружающей среде,
например, в виде тепла, излучаемого телом
в процессе переваривания пищи.
Консументы первого порядка, питаясь растениями,
получают лишь около 10% их общей энергии:
столько передаётся растениями на следующий уровень.
Так как энергия может течь лишь в одном направлении
по пищевой цепи:
от продуцентов к консументам, а от них к редуцентам,
организм, находящийся ниже в пищевой цепи,
более продуктивен, чем тот, что находится выше.
Поэтому питание продуцентами — наиболее эффективный путь,
позволяющий животным получить необходимую им энергию.
Но без постоянного притока энергии к продуцентам,
основная часть которой —
энергия солнечных лучей,
жизнь на Земле, какой мы её знаем,
перестала бы существовать.
Мы, люди, конечно, тратим энергию
на множество других вещей помимо пищи.
Мы путешествуем, строим, обеспечиваем энергией всевозможные аппараты.
Для этого мы используем,
к примеру, ископаемые виды топлива:
уголь, нефть, природный газ.
Они содержат энергию Солнца,
полученную растениями
давным-давно
и хранящуюся в форме углерода.
Затем мы сжигаем ископаемое топливо в электростанциях
и выпускаем эту накопленную энергию
для генерации электричества.
При генерации электричества
тепло от сгорания ископаемого топлива
используется для работы турбин,
которые вращают магниты,
создающие, в свою очередь, изменения магнитного поля
вокруг проволочной катушки,
что заставляет электроны течь по проводнику.
Современная цивилизация зиждется на нашей способности
поддерживать движение этого потока электронов.
К счастью, мы не ограничены
сжиганием невозобновляемого ископаемого топлива
для генерации электричества.
Индукцию электронов также можно вызвать
прямым взаимодействием со световыми частицами.
Именно так работают солнечные батареи.
Другие возобновляемые источники энергии,
такие как ветер, вода, геотермальная энергия и биотопливо
могут использоваться для производства электричества.
Глобальный запрос на энергию растёт,
но источники энергии на планете ограничены
несмотря на развитую энергетическую инфраструктуру.
По мере роста населения,
помимо ускорения индустриализации и развития,
решения проблем энергетики приобретают всё большую значимость.
Доступ к энергии
влияет на медицину, образование, политику и социоэкономический статус.
Повышение эффективности использования электроэнергии
ведёт к более разумному использованию
природных ресурсов и повышению качества жизни для каждого.