Energia

Villámlás, az energiaátadás látványos formája

Az energia a fizikában a testek egy fizikai tulajdonsága, amely átalakítható különböző megjelenési formákba és átadható a testek között a négy alapvető kölcsönhatás által, de amely soha nem jöhet újonnan létre és nem semmisülhet meg.

A joule (J) az energia SI-mértékegysége, amit úgy határozunk meg, mint az az energia, ami egy testnek mechanikai munka által átadódik 1 newton erő ellenében 1 méterrel történő elmozdulása által.

A munka és a hőátadás az a két folyamat, ami által két test között energia adható át (nem számítva azokat a folyamatokat, ahol energia új anyaggal együtt adódik át). A termodinamika második főtétele határozza meg azt a hatékonysági korlátot, amivel energia átadódhat - valamennyi energia mindig elvész hőveszteség formájában.

Elnevezésében a gyakorlat alkalmazza a következő kifejezéseket is: munkavégző képesség, kölcsönható képesség, egy test vagy mező állapotváltoztató képessége.

Az energiafogalmához kapcsolódó, köznapi értelemben használatos kifejezések: energiatakarékos, energiahordozó, energiafelhasználás, energiamegmaradás, energiafejlesztés, energiaszegénység.

A szó eredete

Az energia szó a görög ενεργεια kifejezésből ered, ahol az εν- jelentése „be-” az έργον-é pedig „munka” az -ια pedig absztrakt főnevet képez. Az εν-εργεια összetétel az ógörögben „isteni tett”-et vagy „bűvös cselekedet”-et jelentett, Arisztotelész később „ténykedés, művelet” értelemben használta, Diodórosz Szikulosz pedig egy „gép ereje”-ként.

Az energia alapvető formái

Az energiaformákat elméletileg vissza lehet vezetni a fizika négy alapvető kölcsönhatásának valamelyikére. A mozgási és a helyzeti energia származhat bármely alapvető formából, a helyzeti energia a tárolt változata, a mozgási energia a felszabadult változata az energiának. A hőenergia a molekulák mozgási energiájából származik. A mozgási energia az ember számára közvetlenül használható energiafajta, mert a gépei forgása, haladása az a forma, ami a tényleges hasznos tetteket véghez viszi. A négy alapvető kölcsönhatás a gravitációs, az elektromágneses, a gyenge és az erős kölcsönhatás.

A gyakorlati alkalmazás tekintetében az elméletitől eltérő elnevezések is használatosak, pl.: gravitációs, potenciális energia, helyzeti energia, hőenergia, termikus energia, mozgási, vagy kinetikus energia.

Gravitációs kölcsönhatás

A vízerőmű például a folyó gravitációs energiáját alakítja át turbinák mozgási energiájává, ami generátorokban elektromos energiává alakul. Elektromos energiával hajtott szivattyúk a vizet víztornyokba pumpálva gravitációs energia formájában tárolják a víznek a közműhálózatban való szétosztásához szükséges energiát.

Elektromágneses kölcsönhatás

Többnyire elektromágneses energia hajtja gépeinket, és működteti elektronikus rendszereinket. Elektromágneses energia forrása lehet hőerőgép és belső égésű motor, amelyekben a hőenergia égésből, azaz kémiai átalakulásból származik, ami az atomok és molekulák elektronszerkezetéhez köthető átalakulás, azaz elektromágneses folyamat. Az élőlények számára is kémiai folyamatok, azaz az elektromágneses kölcsönhatás biztosítja az energiatárolást és energiafelhasználást, tehát a biológiai energiák is elektromágneses eredetűek.

Gyenge kölcsönhatás

A gyenge kölcsönhatás folyamataiból, a gyenge radioaktív bomlásokból (béta-bomlás) származó energia tartja fenn részben a Föld belső magas hőmérsékletét, így a geotermikus energia ebből a forrásból is táplálkozik. Az árapályerőkön keresztül a Föld belső hőmérsékletét a gravitáció is emeli. A Nap energiatermelésének kisebbik része is gyenge folyamatokból származik.

Erős kölcsönhatás

Az erős kölcsönhatás tartja össze az atommagokat. Atommagok egyesülésekor a kötési energiának megfelelő nagy energia szabadul fel. Az ilyen magfúzió felelős a Nap és a csillagok energiatermelésének zöméért. A lassú fúzió során az elemek a vasig épülnek fel a csillagok belsejében, ez ugyanis az az elem, aminek egy nukleonra eső energiája a legkisebb (azaz kötési energiája a legnagyobb). A vasnál nehezebb elemek szupernóva-robbanás idején végbemenő gyors magfúzió útján jönnek létre. Földi körülmények között kísérleti stádiumban vannak a fúziós reaktorok, amik hosszú távon megoldhatják az emberiség energiaproblémáit. Miután a földi időjárást és életet a Nap energiatermelése tartja fenn – ami a Földet elektromágneses sugárzás révén éri el –, lényegében ide vezethető vissza az emberiség által felhasznált összes földi energiaféleség, a többi kölcsönhatás mintegy átmeneti energiatárolóként működik közben – például a gravitáció a vízenergiánál, az elektromágneses kölcsönhatás a fosszilis energiahordozók, a gyenge kölcsönhatás a geotermikus energia esetén.

Energiamegmaradás

Az energiamegmaradás törvénye szerint zárt rendszer teljes energiája, azaz az egyes összetevők energiájának összege nem változik. Ez a megmaradási törvény valójában az időeltolási szimmetria (a fizikai törvények függetlensége a folyamatok megtörténtének időpontjától) következménye. Általános érvényű elv, ami magában foglalja az összes energiaforma együttesét.

Energiafejlesztés

Az emberiségnek, ipari társadalomként szüksége van energiára eszközei, gépei működtetéséhez, aminek biztosítása az energiafejlesztés feladata. Az energiafejlesztés nemcsak a minél több energia megtermelését, hanem a felhasználás észszerűsítését, a takarékoskodást is jelenti, az élhető környezet megőrzése érdekében. Így a hőenergia igény fedezésére szolgáló technológiák közül a közvetlenül hő alakban jelentkezők alkalmazása (napsugárzás, geotermikus energia), ill. hulladékhő (erőművi kondenzációs hő) alkalmasnak bizonyulhat. Az összes energiaigény kb. fele hőigényként jelentkezik.

Energiaszegénység

Az emberiség energiafelhasználása nem egységes. Vannak régiók, népcsoportok, amelyek jóval kevesebb energiához jutnak, mint mások, így a fűtéshez, főzéshez növényi, állati eredetű anyagok elégetésével nyernek energiát.

Egy háztartást akkor nevezünk energiaszegénynek, ha az nem képes megfizetni a fűtés vagy az egyéb alapvető energiaszolgáltatások olyan szintjét, mely a tisztességes életminőséghez szükséges. Az energiaszegénység összetett jelenség, melynek számos tényezője és hatása van, az energiahatékonyságtól kezdve az állami támogatások rendszerén keresztül az egészségügyi kockázatokig.

Energiafelhasználás

Összefügg az ökológiai lábnyom kérdéskörével is, hisz a több energiafelhasználás sok esetben nagyobb kényelmet, és biztonságot jelent, ugyanakkor az energia előállításának módja sokszor környezet- és egészségkárosító hatású is. A környezetszennyezést befolyásolja a kibocsátás, és az energiafelhasználás is. Egy termék teljes élettartam alatti anyag, energia és munkaigényét az u.n. életciklus-elemzés mutatja ki (LCA) a környezetre gyakorolt hatásként.

Az energiafelhasználás az effektív igény mellett más tényezői is vannak (effektív igény: egy szerszámgép által a pillanatnyilag leadott mechanikai munka, mely ténylegesen alakváltozásra fordítódik.). Ezen kívül az energia odavezetése közben elhasznált energia (vezetékellenállás), az elektromos szerszámgép súrlódási, szabályozási vesztesége, a végzett mechanikai munka közben fejlődött hő (fúróhegy fejlesztett hője), valamint a munka közben nem mechanikai munkával töltött idő vesztesége (üresjárat),stb.

Ugyancsak veszteség merül fel pl. hőfejlesztés közben, Amikor az erőművi körfolyamatban csak egy rész válhat át elvileg hasznos teljesítménnyé, a többi a környezetnek adódik át (hulladékhő), jobb esetben ezen veszteség egy részét hő formájában hasznosítjuk (pl. távfűtés). Miután a világ energiaigényének kb. 50%-a hőigény, ennek veszteségcsökkentése, hatásfokjavítása az energiafelhasználás fontos részét képezi.

Források

• Az energia - muszakiak.hu - a műszaki portál
• Energiáról többet
• Alternatív energia
• Solar Energy Facts and information (eng)
• ESTIF

Irodalom

• Energiafelhasználói Kézikönyv (dr. Barótfi István, Környezettechnika Szolgáltató Kft. 1993.)