Energi, i vid forstand: kraft, arbeidsevne.

Forsyning, se energiforsyning og Norge (energi)

Kilder for energi, se energiressurs, energilagring

Energi ble inntil 1700-tallet brukt som begrep i fysikken uten noen skarp definisjon, omtrent i samme betydning som kraft. Ved utviklingen av den rasjonelle mekanikk fikk ordet en eksakt betydning: den evne et mekanisk system har til å utføre arbeid. Denne definisjonen er senere utvidet slik at den ikke bare gjelder mekaniske systemer, men et hvilket som helst fysisk system.

De to energiformer. I mekanikken regnes med to energiformer: kinetisk energi eller bevegeksesenergi, som er den energi et legeme har på grunn av sin fart, og potensiell energi eller stillingsenergi, som er den energi et legeme har fordi ytre krefter virker på det og forsøker å sette det i bevegelse. Den kinetiske energien for faste legemer, væskemengder og gasser er lik det halve produktet av legemets masse m og kvadratet av hastigheten (v): E = ½m · v2. Den potensielle energien kan bli frigjort når legemet forskyves i kraftens retning. Da går legemets potensielle energi over til kinetisk energi.

Energilovene. En rekke mislykkede forsøk på å lage et perpetuum mobile – en evighetsmaskin som skulle drives ved å la energi veksle mellom de to former uten at ny energi ble tilført – ledet til loven om energiens konstans eller bevarelse i mekaniske prosesser, også kalt energiloven. Påvisning av sammenheng mellom varme og mekanisk energi ledet til en utvidelse av energibegrepet og energiloven. I den utvidede formen, også kalt Varmelærens første hovedsetning, sier loven at energi aldri kan oppstå eller gå til grunne, men bare skifte fra én form til en annen. Loven har vist seg verdifull, idet den brukes for å holde regning med hvorledes energi omsettes i en prosess, og på den måten også har ledet til oppdagelse av nye energiformer.

Indre energi er den energi som er lagret i et legeme eller et system på grunn av molekylenes ustanselige bevegelse, deres kinetiske energi. Den ytrer seg ved legemets temperatur og kalles ofte varmeenergi, i daglig tale bare varme. All energi i atomer og atomkjerner er også indre energi. En spent fjær har potensiell indre energi som skyldes at man har forskjøvet atomene i stoffet litt bort fra hvilestillingene de har i forhold til hverandre i den uspente fjæren. Da oppstår tiltreknings- og frastøtningskrefter som søker å bringe atomene tilbake til hvilestillingene. Alle spenninger i stoff skyldes slike atomære krefter, mest av elektrisk natur, og gir opphav til potensiell energi i stoffet - elektrisk ladning.

Inndeling av potensiell energi. Våre energikilder er alle bærere av potensiell energi i en eller annen form. Vi inndeler potensiell energi etter de krefter som virker og den måten energien frigjøres på:

Gravitasjonsenergi eller tyngdeenergi skyldes tiltrekning på avstand mellom legemer på grunn av gravitasjonskrefter. Alle legemer har denne egenskapen. Som energikilde nyttiggjøres tyngdeenergien ved vannfall, når tunge gjenstander faller og når legemer beveger seg nedover bakke. Ved arbeid kan man heise opp et legeme, fjerne det et stykke fra jordkloden, og da får legemet potensiell energi i tyngdefeltet. Denne energien er lik produktet av legemets tyngde, G, og den loddrette fallhøyden, h: E = G · h.

Elektrisk energi skyldes krefter som virker på elektriske ladninger (oftest elektroner) og setter disse i bevegelse. Kreftene oppstår enten ved induksjon på grunn av magneter som holdes i bevegelse, som i en dynamo, og overfører mekanisk energi til elektrisk, eller ved kjemiske prosesser (elektriske elementer) hvor kjemisk energi overføres til elektrisk energi.

Atomkjerneenergi er på mange måter analog til kjemisk energi, idet det her er potensiell energi mellom nukleonene i kjernen som frigjøres. Dette skjer enten ved at tunge kjerner deler seg i to deler hvor nukleonene er tettere pakket sammen og derfor har mindre potensiell energi enn i moderkjernen (fisjon), eller ved at de letteste kjernene smelter sammen til større enheter (fusjon). Naturlig og kunstig radioaktivitet skyldes også atomkjerneenergi. Den høye temperaturen i Jordens indre kommer for en stor del av stadig frigjøring av atomkjerneenergi.

Stråling er overføring av energi ved elektromagnetiske bølger eller ved partikler. Langbølget stråling brukes i radio. Ved frigjøring av kjemisk energi sendes det ut bølger som setter større fart i omgivelsenes molekyler, som utvikler varmeenergi. Et bestemt bølgelengdeområde overfører energi som fører til kjemiske prosesser i øyet og oppfattes som lys. Røntgen- og gammastråling er særlig kortbølget og gjennomtrengende, og skriver seg fra frigjort atom- og kjerneenergi. Partikkelstråling er mest knyttet til radioaktivitet og fisjon. Partiklene sendes ut av kjernen med stor bevegelsesenergi, og det svarer til høy temperatur. Atomkjerneenergi går direkte over i varmeenergi. Solenergi er atomkjerneenergi.

De fleste overføringer av energi fra en form til en annen ender som regel i bevegelsesenergi for atomer og molekyler, varmeenergi i stoffet, som det ofte er vanskelig å få tilbake til andre energiformer.

Forholdet mellom energi og masse. Etter relativitetsteorien er energi og masse likeverdige begreper, noe som uttrykkes ved Einsteins ligning: E = m · c2, som sier at det til en masse, m, svarer en energi, E, som er lik produktet av massen og kvadratet av lyshastigheten, c. Loven om energiens konstans kan derfor like gjerne kalles loven om massens konstans. Tidligere antok man at massen av en begrenset stoffmengde var uforanderlig, men etter Einsteins ligning vil en forandring av energien medføre en forandring av massen. En slik forandring er i mekaniske og kjemiske prosesser så liten at den vanskelig kan påvises, men i kjernefysiske prosesser blir den en målbar størrelse. Den energi som frigjøres i en vanlig forbrenningsprosess vil således svare til en masseendring på mindre enn ett gram per 1000 tonn forbrenningsmateriale, mens man i kjernefysiske prosesser kan få en masseendring på flere gram per kg. Når hele massen av en atomkjerne ikke kan omsettes til andre energiformer, henger dette sammen med fundamentale partikkelegenskaper som er slik at en partikkel bare kan gå til grunne når den støter sammen med en tilsvarende antipartikkel. Men hvis dette skjer, oppstår elektromagnetisk stråling med en energimengde som svarer til massen av de to partiklene.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.