„Czym jest energia?” to jedno z kluczowych naukowych pytań dotyczących naszego życia. Odpowiedź nie jest prosta, jednak w tym tekście postaram się właśnie jak najprościej nakreślić istotę i znaczenie energii, niektóre z jej źródeł, w tym odnawialne źródła oraz sposób, w jaki wpływa na nasze codzienne życie.
Co to jest energia i jak ją mierzymy?
Energia jest wszechobecna i niezbędna do funkcjonowania wszechświata. Wiemy, że napędza wszystko — od naszych ciał i procesów biologicznych, przez siły natury, takie jak wiatr i fale, po zaawansowane technologie i światło gwiazd.
Choć przybiera wiele różnych form – takich jak energia mechaniczna, cieplna, chemiczna, elektryczna i jądrowa – sprowadza się do jednego: to przede wszystkim zdolność do wykonania pracy, która w języku fizyki jest wynikiem pomnożenia siły przez przemieszczenie.
Choć ta definicja, rozumiana jako podstawowa, została już w nauce rozszerzona, na potrzeby tego tekstu w zupełności nam wystarczy.
Żeby jednak zrozumieć, w jaki sposób mierzymy energię, musimy też wiedzieć o:
💡Urządzenie ma moc 1 wata, jeśli w ciągu 1 sekundy wykonuje pracę 1 dżula. Dlatego żarówka LED o mocy 10 W zużywa 10 dżuli energii w każdej sekundzie swojego działania.
Energia w praktyce
Zanim jednak napiszę więcej o energii elektrycznej, która jest podstawą pracy Electrum, spójrzmy na energię przez pryzmat naszego codziennego doświadczenia.
Kiedy spożywamy jakiś posiłek, energia z jedzenia rozkłada się w naszym ciele, by te mogło pracować, wykonując szereg czynności, na które składa się życie.
Jednak nawet rzeczy, które z naszej perspektywy są pozbawione życia, przechowują w sobie energię. Np. kawałek drewna, którego możemy użyć do podtrzymania ognia w ognisku, zawiera w sobie energię chemiczną, wynikającą z wiązań w atomach, które go tworzą. Jeśli łączenia te zostaną zerwane np. przy użyciu ciepła, uwolniona zostaje energia chemiczna pod postacią ognia.
E = mc². O co chodzi?
Jednak energia to nie tylko ruch i ciepło – istnieje jeszcze potężniejsze jej źródło, ukryte w samej materii. Zostańmy przy wspomnianym wcześniej kawałku drewna. Każdy atom w jego strukturze posiada jądro złożone z protonów i neutronów, a energia, która utrzymuje je razem, to jedna z najpotężniejszych sił we wszechświecie. Mowa o energii jądrowej.
Gdybyśmy rozbili jądra atomów w reakcji rozszczepienia, uwolniłaby się olbrzymia ilość energii – znacznie większa niż w jakiejkolwiek reakcji chemicznej.
To właśnie energia jądrowa napędza elektrownie atomowe, gdzie kontrolowane reakcje rozszczepienia uwalniają ciepło, które następnie przekształca wodę w parę, napędzającą turbiny produkujące prąd (o nim w dalszej części tekstu).
| E = mc² – to jeden z najsłynniejszych wzorów w fizyce, który mówi nam, że energia (E) i masa (m) to tak naprawdę to samo, tylko w różnych formach. C² to prędkość światła do kwadratu – ogromna liczba, która pokazuje, jak dużo energii jest ukryte w nawet małej ilości materii. |
Z tym że zamiana 100% materii w energię, tak jak teoretycznie możliwa, tak jest wielce nieprawdopodobna. Jeśli chodzi o paliwo jądrowe, tylko jego drobny procent zostaje przekształcony w energię (co i tak generuje ogromną moc).
Co ciekawe, na ten moment Polska jest jedynym krajem Europy Środkowej, w której nie ma elektrowni atomowej. Posiadamy jedynie badawczy reaktor jądrowy MARIA w Otwocku.
Pozyskiwanie energii i energetyka
Skoro mowa o reaktorach jądrowych, warto spojrzeć na całość gałęzi przemysłu zajmujący się produkcją oraz dystrybucją energii elektrycznej i cieplnej: energetykę. Możemy podzielić ją na konwencjonalną i niekonwencjonalną.
- Energetyka konwencjonalna – będąca z nami od czasów rewolucji przemysłowej w XIX wieku, to wytwarzanie energii w wyniku spalania paliw, takich jak węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa i gaz, które są tutaj rozumiane jako nieodnawialne źródła energii.
- Energetyka niekonwencjonalna – to z kolei inne sposoby pozyskiwanie energii, z odnawialnych źródeł, którymi są woda, słońce, wiatr, ciepło czy też z alternatywnego źródła jakim są reakcje jądrowe.
Ciekawą jest kwestia biomasy, która jest źródłem odnawialnym, a z której energię pozyskuje się w sposób konwencjonalny, ze względu na emisje i sposób produkcji.
O tym, jak działa energetyka wiatrowa i energetyka słoneczna, dowiesz się z naszych tekstów:
W kontekście odnawialnych źródeł energii wrócimy do wspomnianej na początku jednostki mocy – 1 wata, a raczej 1 megawata (MW) – która pozwala nam ocenić, jak efektywnie działają technologie pozyskiwania energii.
Na przykład elektrownia wiatrowa o mocy 2 MW oznacza, że w sprzyjających jej warunkach jest w stanie dostarczyć 2 miliony dżuli energii w każdej sekundzie. Podobnie panele fotowoltaiczne przekształcają promieniowanie słoneczne w energię elektryczną, a ich moc, wyrażona w megawatach, określa, ile energii mogą wyprodukować w jednostce czasu.
Im większa moc systemu, tym więcej energii możemy pozyskać. A dzisiaj wiemy jedno: potrzebujemy jej naprawdę mnóstwo. O tym, że świat wkracza w erę elektryczności, pisaliśmy w tekście przygotowanym na Światowy Dzień Energii 2024
Energia elektryczna
Wiemy, że energia elektryczna może być wytwarzana na różne sposoby.
W Electrum istotą naszej pracy jest energia elektryczna pozyskiwana z odnawialnych źródeł.
Energia elektryczna to forma energii wynikająca z ruchu ładunków elektrycznych, głównie elektronów. Jest jednym z najbardziej wszechstronnych i powszechnie używanych rodzajów energii, ponieważ łatwo ją przekształcać w inne formy, takie jak ciepło, światło czy ruch.
W takim razie czym właściwie jest prąd elektryczny?
Prąd elektryczny to po prostu uporządkowany ruch elektronów w przewodniku (konkretnym materiale, takim jak miedź), zwykle pod wpływem napięcia elektrycznego (różnicy potencjałów między dwoma punktami). Może mieć postać:
- Prądu stałego (DC) – gdzie elektrony płyną w jednym kierunku (jak w bateriach).
- Prądu zmiennego (AC) – gdzie kierunek przepływu elektronów zmienia się cyklicznie (jak w gniazdkach elektrycznych).
Energia elektryczna może być łatwo konwertowana w inne formy:
- W żarówce zamienia się w światło i ciepło.
- W silniku elektrycznym zmienia się w energię mechaniczną (ruch).
- W grzejniku elektrycznym przekształca się w ciepło.
Co ważne, energia elektryczna sama w sobie nie jest paliwem. Paliwem nazywamy materiał lub substancję, która zawiera energię i może ją uwolnić w wyniku spalania, reakcji chemicznej lub innych procesów fizycznych. Dlatego energia zawsze pochodzi z jakiegoś źródła.
To właśnie dlatego tak ważne jest pytanie: jak produkujemy energię i czy robimy to w sposób zrównoważony?
Odnawialne źródła energii mają kluczowe znaczenie w procesie dekarbonizacji i ograniczania emisji gazów cieplarnianych. Jednak o tym napiszę już w innym tekście.
Ważne: energia nigdy nie znika!
Ważną rzeczą do zrozumienia jest to, że energia nie może być zniszczona, bezpowrotnie utracona – może być transferowana. Energia w przyrodzie nigdy nie znika, a jedynie zmienia swoją formę i przechodzi z jednego miejsca do drugiego. Energia zawsze musi gdzieś trafić.
Gdy podłączamy telefon do ładowarki, energia elektryczna z gniazdka przechodzi przez kilka etapów przekształceń zanim zostanie wykorzystana, a potem dalej „podróżuje”.
Gniazdko dostarcza prąd o wysokim napięciu (np. 230V), ładowarka przekształca go na niższe napięcie (np. 5V lub 20V) i zamienia prąd zmienny na prąd stały.
| 👉 Volt (V) to jednostka napięcia elektrycznego, czyli różnicy potencjałów między dwoma punktami w obwodzie. Im wyższe napięcie, tym większa siła, z jaką elektrony są popychane przez przewodnik. Na przykład w domowym gniazdku mamy 230V, ale ładowarki do telefonów obniżają to napięcie do bezpiecznych 5V lub 20V, aby mogło zostać wykorzystane przez urządzenie. |
…śledząc naszą energię dalej: telefon odbiera energię elektryczną i magazynuje ją w baterii w postaci energii chemicznej. Podczas korzystania z telefonu, bateria zamienia energię chemiczną z powrotem na energię elektryczną, która zasila różne komponenty – światło z ekranu trafia do naszych oczu i otoczenia, podobny proces zachodzi z falami dźwiękowymi i ciepłem. W końcu cała energia, która wyszła z gniazdka, zamienia się w ciepło i promieniowanie, które trafia do otaczającego nas świata.
Wszystko jest częścią wielkiego cyklu energetycznego.
Energia musi zostać zachowana.
Podsumowanie. Kluczowe wnioski o energii
- Energia to zdolność do wykonania pracy – napędza wszystko, od organizmów żywych po technologię i zjawiska we wszechświecie.
- Nie znika, tylko zmienia formę – zgodnie z zasadą zachowania energii, przechodzi z jednej postaci w drugą, ale nigdy nie ginie.
- Energię mierzymy w dżulach (J), a moc w watach (W) – te jednostki pomagają określić ilość i szybkość wykonywanej pracy.
- Źródła energii dzielą się na odnawialne i nieodnawialne – przyszłość zależy od tego, czy będziemy mądrze korzystać z tych pierwszych.
- Energia elektryczna nie jest paliwem, lecz formą energii – zawsze pochodzi z jakiegoś źródła, a jej produkcja może mieć różny wpływ na środowisko.
- Prąd elektryczny to uporządkowany ruch elektronów – może mieć postać stałą (DC) lub zmienną (AC), co wpływa na sposób jego wykorzystania.
- Napięcie (Volt) określa siłę, z jaką prąd płynie w obwodzie – np. gniazdko dostarcza 230V, a ładowarka telefonu obniża je do 5V lub 20V.
