Definicja energii - jest to fizyczna wielkość skalarna inaczej miara wielopostaciowego ruchu materii.

Wielpopstaciowosć energii to przykładowo energia elektryczna zużywana na podniesienie ciężaru przez dźwig . Energia ta daje dźwigowi możliwość ruchu dźwignią i podniesienie tego ciężaru. Dalej inny przykład to poruszanie się samochodów tutaj energia pochodzi z paliwa. Aby się ogrzać również zużywamy energie np. z pokarmu i jest ona zamieniana potem na energie ciepła. Widzimy więc jak wiele jest rodzajów energii.

Przemiany ruchu które zachodzą w danym układzie są opisywane przez energię układu w sposób ilościowy.

Zachodzą one w wyniku wzajemnych działań na siebie części układu z otoczeniem na zewnątrz tego układu.

Fizycy, w celu zanalizowania rożnych rodzajów ruchu oraz oddziaływań im odpowiadających wprowadzili różne określenia odpowiednie dla tych ruchów .

I tak wprowadzono energię wewnętrzną ciała, energię mechaniczną, energie elektromechaniczna, energię jądrową. Dalej energię mechanicznego ruchu ciała nazwano energią kinetyczną. Energią potencjalną zaś określono jako część energii mechanicznej danego układu. Energia potencjalna jest zależna jedynie od rozmieszczenia wzajemnego wszystkich materialnych punktów - cząsteczek układu w zewnętrznym polu sił.

Jakie są alternatywne źródła energii w gospodarce człowieka?

Definicja bioenergetyki- jest to nauka badająca przekształcenia energii , które zachodzą w żywych organizmach.

Wiemy że dzięki przekształcenia energii potencjalnej białek, tłuszczów, cukrów złożonych np. skrobi czy glikogenu w energie kinetyczną, powstają związki prostsze oraz zachodzi wydzieleniem ciepła(energia cieplna).Te wszystkie skomplikowane reakcje biochemiczne powodują że organizmy mogą prowadzić funkcje życiowe tzn. wzrastać, budować swoje ciała, zdobywać pokarm, trawić, wydalać, oddychać, rozmnażać się, mogą się poruszać i posługiwać zmysłami.

Zachodzi więc w komórkach żywych organizmów stały przepływ energii oraz przekształceń energii i jest to cecha wyróżniająca istoty żywe.

Znamy trzy rodzaje energetycznych przekształceń:

a.. Asymilacja promieniowania słonecznego przez autotrofy posiadające w częściach swych ciał zielony barwnik chlorofil i następnie zamienianie go w wyniku fotosyntezy w energię chemiczną. Energia chemiczna zakumulowana w związkach zostaje potem wykorzystana do syntezy podstawowych substancji chemicznych czyli związków organicznych np. cukrów.

b.. Zamiana energii chemicznej cukrów na energię związków chemicznych . Sa to aktywne biologicznie związki posiadające wysokoenergetyczne wiązania takie jak wiązania fosforanowe. Przykladem związku zawierającego takie wiązania jest ATP czyli adenozynotrójfosforan . Proces przekształcania tej energii cukrów na energie zawarta w ATP odbywa się w mitochondriach i jest nazywany oddychaniem komórkowym.

c.. Komórki wykorzystują energię zawartą w wysokoenergetycznych wiązaniach związków takich jak ATP. Dzięki tej energii zwierzęta mogą wykonywać prace mechaniczną- pracy mięśni, elektryczną, przy przewodzeniu impulsów chemicznych, osmotyczną, kiedy komórki przechodzą wbrew gradientowi stężeń, chemicznej, kiedy syntetyzowane są związki konieczne do wzrostu organizmu, bądź enzymy trawienne.

Należy tutaj przypomnieć, że wszystkie żywe organizmy są ze sobą związane wzajemnymi zależnościami w postaci łańcuchów energetyczno - pokarmowych czyli troficznych.

Przedstawię tutaj schemat takich powiązań energetyczno - troficznych, które zaistniały na łące o powierzchni 1ha w ciągu 1 roku:

Słońce produkuje energie promieniowania w ilości 16747000MJ. Mimo że do ziemi dochodzi tylko 50% promieniowania to tutaj tę liczbę weźmiemy za 100%.

Rośliny zielone pochłaniają jedynie 13% energii emitowanej przez słońce, natomiast krowy pochłaniają 0,2% energii, a człowiek jedynie 0,01%. Dlaczego organizmy wykorzystują tak małą ilość energii:

Otóż duża cześć energii słonecznej zostaje wydatkowana na życiowe procesy takie jar utrzymanie odpowiedniej temperatury ciała, procesy metabolizmu, oraz procesy rozrodcze. Należy podkreślić że energia nigdy nie ulega rozmyciu, może ona jedynie zmieniać postać przemieniając się w różne obiekty. Jedynie energia cieplna towarzysząca wszystkim procesom życiowym organizmów jest wydalana. Mowi się ze są to jedyne straty energii w postaci ciepła.

Ponadto suma wszystkich energii pozostaje zawsze stała mimo ze zmieniają one formę. Kiedy opisujemy źródła energii chodzi nam więc o te procesy bądź obiekty , które produkują różne rodzaje energii np. energie elektryczną, energię cieplna, energię mechaniczną.

Słońca produkuje energie

Sloneczną(100%)

Łąka- powierzchnia 1 ha.

(13% wykorzystują rośliny, produkcja pierwotna).

Krowa (0,2% energii i jest to produkcja wtórna).

Człowiek 0,01% energii).

Czlowiek zaczął wykorzystywać energie już w bardzo odległych czasach. Poczatkowo była to energia słoneczna- do rozniecania ognia, ponadto energia wiatru, w tzw. młynach wiatrowych, czy energia wody.

Kiedy James Watt wynalazł maszynę parową, rozpoczął się proces bardzo intensywnego rozwoju cywilizacji i to właśnie dzięki efektywnemu wykorzystywaniu energii.

Maszyna Parowa zastąpiła pracę człowieka zamieniając energie cieplna w energie mechaniczna ruchu.

Dalszymi ważnymi wynalazkami były : silnik spalinowy, elektryczny, żarówka, urządzenia elektryczne. Oczywiście działanie tych urządzeń wymagało coraz to większego dostarczenia energii. Najwiecej energii zaś można wytworzyć , spalając kopalne paliwa jak węgiel kamienny i brunatny, ropę naftowa, gaz ziemny.

Węgiel kamienny jest skała osadową powstała z paprotników drzewiastych w procesie Orogenezy Hercyńskiej. Wówczas nastąpiły potężne ruchy tektoniczne spowodowały obniżenie terenu, który stopniowo napełniał się wodą, ponadto w te obniżone miejsca rzeki nanosiły wielkie połacie materiału mineralnego. Kiedy nastąpiło odcięci tlenu do tych obniżonych i wypełnionych materia organiczna miejsc nastąpił proces karbonizacji tego materiału. Węgiel używany był już za czasów prehistorycznych, jednak jego złoża zaczęły być wydobywane w Europie już od XVII wieku.

Węgiel brunatny proces jego powstawania jest taki sam jak węgla kamiennego, z ta różnicą iż w tym wypadku nie było wystarczająco dużo czasu do zakończenia procesu karbonifikacji, ponadto złoża te powstały w Orogenezie Alpejskiej. Ponieważ karbonifikacja nie dobiegła końca złoża tego węgla zawierają dużo wody i mają mała wartość energetyczną. Z tych powodów nie jest opłacalny jego transport i węgiel ten jest wykorzystywany w miejscach jego wydobycia.

Ropa naftowa - powstała w wyniku falowań alpejskich w trzeciorzędzie. Jest ona składnikiem tzw. Pułapek naftowych i prawdopodobnie ma pochodzenie zwierzęco organiczne. Jednak naukowcy nie są pewni co do jej dokładnego pochodzenia.

Gaz ziemny to tzw. gazowa czapa ropy naftowej. Jednak gaz może występować również oddzielnie. Powstawanie gazu wiąże się z rozkładem planktonu zwierzęcego znajdującego się pod pokładem zwięzłego aczkolwiek nie skamieniałego piasku. Był więc to proces bez dostępu tlenu.

Podczas spalania omówionych kopalnych paliw powstają duże ilości dwutlenku węgla.

Dwutlenek węgla ma bardzo negatywny wpływ na nasza planetę ponieważ powoduje ocieplenie klimatu kuli ziemskiej. Ponadto podczas spalania kopalni powstają tlenki siarki gdyż paliwa te zawierają pewne ilości siarki. Tlenki siarki zwykle tworzą połączenia z para wodna i tworzą kwas siarkowy - tzw. kwaśnie deszcze.

Pył wytwarzany przez węglowe elektrownie może być unoszony przez wiatr na znaczne odległości. Tworzy on tzw. smog.

Jednak najważniejszym problemem związanym z kopalinami jest szybkie ich wyczerpywanie się. Tutaj zachodzi pytanie czym zastąpić w produkcji energii te nieodnawialne surowce. Otóż obecnie rozważa się wprowadzenie alternatywnych źródeł energii, prowadzi się gospodarkę , która ma na celu oszczędzać pozostałe nieodnawialne złoża ropy naftowej, węgla brunatnego i kamiennego, gazu przez wprowadzenie energooszczędnego sposobu życia. Alternatywnymi źródłami energii są energia wody- hydrotermiczna, energia wiatru, energia wnętrza ziemi - geotermalna, energia słoneczna.

Ostatnio bardzo dużą popularnością cieszy się energia pozyskiwana z wiatru jest ona ekologicznie czysta . Największa popularność wiatraki zdobyły w Europie Północnej: Dania, Niemcy, Holandia, Wielka Brytania. Ponadto w Ameryce Północnej.

Aby taka elektrownia mogła powstać musza być odpowiednie kondycje wiatrowe, oraz pusty teren tzn bez żadnych zabudowań i drzew w okolicy około 400m)

Podmuch wiatru aby mogło pracować śmigło powinien wynosić 4m/s. Jednak dopiero przy 5m/s możliwa jest produkcja prądu

Ponadto nie można stawiać wiatraków na terenie parków narodowych, rezerwatów, obszarów podmokłych.

Pierwsza w Europie Energetyczna Farma Wiatrowa powstaje w polskiej części Bałtyku. Ma być ona położona na sztucznej wyspie, farma ma liczyć około 49 - najmniej turbin generatorów wiatrowych, każda o mocy 2 MW.

Kolo Kwidzyna również jest obecnie projektowana elektrownia wiatrowa w miejscowości Kisielice. Wszystko jest finansowane przez Amerykańską Agencję Rozwoju Miedzynarodowego (USAiD) poprzez jej program Eko - Links.

Inne kraje np. gdzie występuje dużo słońca dobrym interesem są słoneczne kolektory. Jednak koszty uruchomienia pomp cieplnych wykorzystujących temperaturę około 0,10C oraz kupna ogniw, które zamieniają energie świetlna na elektryczną.

Natomiast turbiny elektryczne mogą wykorzystywać energie spiętrzonej wody, bądź wody spadającej z dużej wysokości.

Elektrownie wiatrowe oraz elektrownie wodne są proekologiczne ponieważ przy produkcji energii nie powstają tutaj żadne produkty uboczne.

Jednak z drugiej strony wodne zapory są niekorzystne dla środowiska. Często podczas stawiania elektrowni wodnych niszczy się ekosystemy dolin rzecznych poprzez ich zalanie . Dodatkowo wodne zbiorniki zostają napełnione rzecznym mułem , ograniczony jest również czas ich funkcjonowania.

Elektrownie morskie nie są bardzo popularne jednak np. w Japoni tego wykorzystuje się tego typu energie tzn. energię fal; morskich. Jest ona rzędu 40 tys. MW, nie występują tu opady ani zanieczyszczenia.

W niektórych Państwach stosuje się bio gaz np. w USA w Chinach, Indiach, Szwajcarii, Francji, Niemczech.. gaz ten powstaje na skutek fermentacji odpadów organicznych z dodatkiem bakterii metanowych.

Gaz ten jest palny podczas jego wykorzystywania zostaje zużyte około 65% metanu.

Dobrze jest go użyć w zamian za gaz ziemny, można nim ogrzewać mieszkanie, palić nim w kuchni oraz napędzać generatory prądu elektrycznego.

Innymi źródłami energii są elektrownie jądrowe, gdzie energia pozyskiwana jest z rozpadu promieniotwórczych pierwiastków. Oczywiście technologia jest tutaj również ekologiczna w tym sensie ze nie powstaje tu dwutlenek węgla, siarki, smog powodowany pyłami. Jednakże produkowane są tutaj niebezpieczne odpady radioaktywne . Promieniowanie wydzielane przez paliwo jądrowych reaktorów może być emitowane przez tysiące lat. Dlatego nie możemy stwierdzić, że ten rodzaj źródła energii jest ekologicznie czysty, jak w przypadku wiatraków lub elektrowni wodnych.

Obecnie naukowcy pracują nad połączeniem dwóch izotopów czyli odmian wodoru . Reakcja ta zwana jest termojądrowa i wydzielana jest dużą ilość energii przy czym nie powstają radioaktywne odpady.

Mimo, że na świecie jest ogromna ilość zasobów jądrowych, nie udało się na razie opracować sposobu przebiegu tej reakcji i sposobu jej kontroli.