พลังงานมีอยู่รอบตัวเรา
มันมีปริมาณทางกายภาพที่เป็นไป ตามกฎที่แน่นอนของธรรมชาติ
จักรวาลของเรามีปริมาณพลังงานที่จำกัด;
ไม่มีการสร้างพลังงานขึ้นใหม่ หรือทำลายมันไปได้
แต่มันสามารถสามารถเปลี่ยนรูปได้
อย่างพลังงานจลน์หรือศักย์
ที่มีคุณสมบัติต่าง ๆ กันและสูตรต่าง ๆ กัน ให้เราจดจำ
อย่างเช่น
โคมไฟตั้งโต๊ะหลอดแอลอีดีขนาด 6 วัตต์
ให้พลังงานแสงสว่าง 6 จูลส์ต่อวินาที
แต่ เรามากระโดดกลับไปยังห้วงอวกาศกันเถอะ
เพื่อที่จะมาดูโลกของเรา ระบบของมัน และการถ่ายเทของพลังงาน
ระบบทางกายภาพของโลกนั้นประกอบไปด้วย
อากาศภาค อุทกภาค
ธรณีภาค และชีวภาค
พลังงานเคลื่อนที่เข้าและออกจากระบบเหล่านี้
และในระหว่างการถ่ายเทพลังงานระหว่างระบบ
พลังงานบางส่วนจะสูญเสียไปให้แก่สิ่งแวดล้อม
ในรูปของความร้อน แสงสว่าง เสียง
การสั่นสะเทือน หรือการเคลื่อนไหว
พลังงานของโลกของเรานั้นมาจาก แหล่งพลังงานภายในและภายนอก
พลังงานความร้อนใต้พิภพ จากไอโซโทปกัมมันตรังสี
และพลังงานการหมุนจากการหมุนรอบตัวของโลก
เป็นแหล่งพลังงานภายใน
ในขณะที่ดวงอาทิตย์ เป็นแหล่งพลังงานภายนอกหลัก
ที่ขับเคลื่อนระบบบางระบบ เช่น สภาพอากาศ และ สภาพภูมิอากาศ
แสงอาทิตย์ให้ความร้อนแก่ผิวโลก และบรรยากาศในปริมาณที่ต่างกันไป
และนี่ก็ทำให้เกิดการนำพาความร้อน
ทำให้เกิดกระแสลมพัด และมีอิทธิพลกับกระแสน้ำในมหาสมุทร
การแผ่รังสีอินฟราเรดที่ แผ่ออกจากพื้นผิวโลกที่อมความร้อนไว้
ถูกกักไว้โดยก๊าซเรือนกระจก และส่งผลต่อการไหลเวียนของพลังงานเข้าไปอีก
ดวงอาทิตย์ยังเป็นแหล่งพลังงานหลัก ให้แก่สิ่งมีชีวิตอีกด้วย
พืช สาหร่ายและไซยาโนแบคทีเรีย
ใช้แสงอาทิตย์ในการผลิตอินทรียวัตถุ
จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
เป็นพลังให้กับห่วงโซ่อาหาร ในโลกของสิ่งมีชีวิต
เราปล่อยพลังงานจากอาหารนี้ โดยใช้ปฏิกิริยาทางเคมี
อย่างการสันดาปและกระบวนการหายใจ
ในห่วงโซ่อาหารแต่ละระดับ มีการเก็บสะสมพลังงานอยู่บ้าง
ในรูปโครงสร้างทางเคมีที่สร้างขึ้นใหม่
แต่ส่วนใหญ่จะสูญเสียให้กับสิ่งแวดล้อม
ในรูปความร้อน อย่างความร้อนจากร่างกายคุณ
ที่ได้มาจากการที่คุณย่อยอาหาร
ตอนนี้ เนื่องจากพืชถูกผู้บริโภครายแรกกิน
มีเพียง 10% ของพลังงานจากพืชทั้งหมดนั้น ที่ถูกส่งต่อไปยังผู้บริโภคในลำดับถัดไป
เนื่องจากพลังงานสามารถไหลไปได้ ในทิศทางเดียวเท่านั้นในห่วงโซ่อาหาร
จากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภค และผู้บริโภคซากอินทรีย์
สิ่งมีชีวิตที่บริโภคในระดับแรก ๆ ของห่วงโซ่อาหาร
จึงมีประสิทธิภาพดีกว่า ที่บริโภคในระดับท้าย ๆ
ดังนั้นการกินผู้ผลิตจึงเป็นระดับ ที่ประสิทธิภาพสูงสุด
ที่สัตว์ตัวหนึ่งจะได้รับพลังงาน
แต่หากไม่มีพลังงานขาเข้าอย่างต่อเนื่อง ให้แก่ผู้ผลิตเหล่านั้น
ซึ่งส่วนมากได้จากแสงอาทิตย์
ชีวิตบนโลกใบนี้อย่างที่เราคุ้นเคยนี้ คงไม่สามารถดำรงอยู่ได้
แน่นอนว่า มนุษย์เราใช้พลังงานในการทำ สิ่งต่าง ๆ มากมายนอกเหนือไปจากการกินแล้ว
เราเดินทาง เราก่อสร้าง เราใช้พลังงานไปกับเทคโนโลยีต่าง ๆ
เพื่อการทำสิ่งเหล่านี้
เราใช้แหล่งเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์:
ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ
ซึ่งบรรจุพลังงาน
ที่พืชกักจากแสงอาทิตย์เมื่อนานมาแล้ว
และเก็บไว้ในรูปของคาร์บอน
เมื่อเราเผาเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์นี้ ในโรงไฟฟ้า
เราก็ปลดปล่อยพลังงานที่ถูกกักไว้นี้
เพื่อผลิตไฟฟ้า
ในการผลิตไฟฟ้า
ความร้อนจากการเผาเชื้อเพลิง ซากดึกดำบรรพ์ถูกใช้ในการขับเคลื่อนใบพัด
ที่หมุนแม่เหล็ก
ที่สร้างการสลับของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
ไปตามขดลวด
ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำอิเลคตรอน ให้ไหลไปตามสายไฟ
อารยธรรมสมัยใหม่ต้องอาศัยความสามารถของเรา
ในการขับเคลื่อนพลังการไหลของอิเลคตรอนนี้
โชคดีที่เราไม่ได้ถูกจำกัดอยู่เพียง การเผาผลาญเชื้อเพลิงสิ้นเปลืองเท่านั้น
ในการผลิตกระแสไฟฟ้า
อิเลคตรอนยังสามารถถูกเหนี่ยวนำให้ไหลได้
ด้วยการทำปฏิกิริยาโดยตรงกับอนุภาคแสง
ซึ่งก็เป็นวิธีทำงานของแผงพลังงานสงอาทิตย์
แหล่งพลังงานทดแทนอื่น
เช่น พลังงานลม น้ำ
พลังงานความร้อนใต้พิภพ และ ชีวภาค
ก็สามารถนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าได้ด้วย
ความต้องการพลังงานของโลกเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
แต่โลกมีแหล่งพลังงานที่จำกัด
ที่เราเข้าถึงได้ผ่านโครงสร้างพื้นฐาน ทางพลังงานอันซับซ้อน
เนื่องจากประชากรโลกเพิ่มขึ้น
พร้อมกับอัตราการเพิ่มขึ้นของอุตสาหกรรม และการพัฒนา
การตัดสินใจด้านพลังงาน จึงมีความสำคัญที่มากขึ้นทุกที
การเข้าถึงพลังงาน ส่งผลกระทบต่อสุขภาพ การศึกษา,
อำนาจทางการเมือง และสถานะทางสังคมเศรษฐกิจ
หากเราเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน
เราจะสามารถใช้ทรัพยากรธรรมชาติ ได้อย่างมีความรับผิดชอบมากขึ้น
และจะสามารถปรับปรุงคุณภาพชีวิตให้ทุกคนได้