Năng lượng ở xung quanh chúng ta,
một đại lượng vật lí mà tuân theo chính xác quy luật của tự nhiên.
Vũ trụ chỉ có một lượng năng lượng nhất định;
Nó không tự sinh ra mà cũng không tự mất đi
mà chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác,
ví dụ như động năng hay thế năng,
với các tính chất và công thức khác nhau để ghi nhớ.
Ví dụ,
bóng đèn để bàn sử dụng bóng LED công suất 6W
có khả năng sinh 6 jul năng lượng ánh sáng mỗi giây.
Nhưng hãy quay trở lại vũ trụ của chúng ta
để quan sát hành tinh này, các hệ thống và các dòng năng lượng của nó.
Hệ thống vật lý của Trái Đất bao gồm
tầng khí quyển, thuỷ quyển
thạch quyển và sinh quyển.
Năng lượng di chuyển ra vào các hệ thống
và khi năng lượng chuyển hoá giữa chúng,
một số bị mất vào môi trường xung quanh,
như nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh,
sóng hoặc chuyển động.
Năng lượng trên hành tinh của chúng ta đến từ cả bên trong và bên ngoài.
Năng lượng địa nhiệt đến từ các đồng vị phóng xạ
và năng lượng quay của Trái Đất
là nguồn năng lượng bên trong,
trong khi đó Mặt Trời là nguồn năng lượng bên ngoài chủ yếu,
điều khiển các hệ thống cụ thể như thời tiết và khí hậu.
Ánh nắng làm nóng bề mặt và khí quyển với lượng khác nhau,
gây ra sự đối lưu,
tạo ra gió và tác động đến các dòng chảy của đại dương.
Bức xạ hồng ngoại, toả ra từ bề mặt của Trái Đất,
bị 'nhốt' bởi khí nhà kính và ảnh hưởng tiếp tục đến dòng năng lượng.
Mặt Trời còn là nguồn sống chủ yếu của các loài sinh vật.
Thực vật, tảo và vi khuẩn lam
dùng ánh sáng mặt trời sản xuất chất hữu cơ
từ khí CO2 và nước,
cung cấp năng lượng cho chuỗi thức ăn của sinh quyển.
Chúng ta giải phóng năng lượng thực phẩm bằng các phản ứng hoá học,
như quá trình đốt cháy năng lượng và hô hấp
Tại mỗi bậc của chuỗi thức ăn, một số dạng năng lượng được dự trữ
trong các cấu trúc hoá học mới được tạo ra,
nhưng chủ yếu là bị mất vào môi trường xung quanh,
như nhiệt độ, thân nhiệt của bạn chẳng hạn,
được giải phóng bởi sự tiêu hóa.
Bây giờ, nếu mắt xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn ăn thực vật,
chỉ có 10% tổng số năng lượng được chuyển lên bậc tiếp theo.
Vì năng lượng chỉ được chuyển hoá theo một hướng trong chuỗi thức ăn,
từ sản xuất đến tiêu thụ và phân huỷ,
sinh vật ăn sinh vật bậc thấp hơn trong chuỗi thức ăn
sống hiệu quả hơn so với sinh vật bậc cao hơn
Vì vậy sinh vật sản xuất là bậc hiệu quả nhất
nơi mà một sinh vật có thể nạp năng lượng,
tuy nhiên nếu thiếu nguồn năng lượng đầu vào liên tục, với những sinh vật này,
chủ yếu là ánh sáng mặt trời,
cuộc sống trên Trái Đất, như ta đã biết sẽ chấm dứt.
Con người chúng ta, dùng năng lượng để làm rất nhiều các việc khác bên cạnh ăn uống
Chúng ta đi lại, xây dựng, cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử.
Để làm các việc đó,
ta sử dụng các nguồn như nhiên liệu hoá thạch như:
than, dầu và khí tự nhiên,
những thứ chứa năng lượng
mà thực vật đã lấy từ ánh mặt trời rất lâu trước đó
và dự trữ nó dưới một dạng của Các bon.
Khi ta đốt nhiên liệu hoá thạch ở những nhà máy điện,
ta giải phóng nguồn năng lượng dự trữ
để tạo ra điện.
Để tạo ra điện,
nhiệt từ việc đốt cháy nhiên liệu hoá thạch được sử dụng để làm quay tua bin
để làm nam châm quay,
liên tục tạo ra các sự thay đổi từ trường
được nối với một cuộn dây điện
gây ra cảm ứng điện từ trong dây dẫn.
Nền văn minh hiện đại phụ thuộc vào khả năng
tiếp tục cấp năng lượng cho dòng điện từ đó.
May mắn thay, chúng ta không bị hạn chế đốt các nhiên liệu hoá thạch không thể tái tạo
để tạo ra điện.
Cảm ứng điện từ còn có thể được tạo ra
bởi sự tương tác trực tiếp với các hạt ánh sáng,
đó là cách mà pin mặt trời vận hành.
Các nguồn năng lượng tái tạo khác,
như gió, nước,
địa nhiệt và nhiên liệu sinh học
cũng có thể dùng để tạo ra điện.
Nhu cầu năng lượng trên Trái Đất đang tăng,
nhưng những nguồn năng lượng ở Trải Đất là có hạn,
để tiếp cận thông qua một phức hợp cơ sở hạ tầng.
Khi dân số tăng,
bên cạnh tốc độ công nghiệp hoá và phát triển,
các quyết định về năng lượng cũng càng ngày càng quan trọng.
Năng lượng tác động đến y tế, giáo dục
quyền lực chính trị và kinh tế xã hội.
Nếu ta có thể cải thiện hiệu suất sử dụng năng lượng,
chúng ta sẽ sử dụng tài nguyên thiên nhiên có trách nhiệm hơn
và nâng cao đời sống của con người.