Tipuri de energie

Ce înseamnă să ai energie? Gândește-te cum te simți când te trezești dimineața. Dacă ai multă energie, asta înseamnă probabil că te simți treaz, gata de plecare și capabil să faci tot ceea ce trebuie în timpul zilei. Dacă nu ai energie (poate pentru că nu ai dormit cele opt ore de somn), atunci s-ar putea să nu vrei să te ridici din pat, să te deplasezi sau să faci lucrurile pe care trebuie să le faci.

Deși această definiție a energiei este una cotidiană, nu una științifică, are multe în comun cu definiția mai formală a energiei (și îți poate oferi o modalitate utilă de a-ți aminti). În mod specific, energia este definită ca fiind capacitatea de a efectua lucru mecanic — care, în scopuri biologice, se poate considera ca fiind abilitatea de a cauza un fel de schimbare. Energia poate lua diferite forme: de exemplu, suntem cu toții familiarizați cu lumina, căldura și energia electrică.

Aici, vom analiza unele tipuri de energie care sunt deosebit de importante în sistemele biologice, inclusiv energia cinetică (energia mișcării), energia potențială (energia datorată poziției sau structurii) și energia chimică (energia potențială a legăturilor chimice). Energia nu se pierde niciodată, dar poate fi transformată din una dintre aceste forme în alta.

Când un obiect este în mișcare, există energie asociată acelui obiect. De ce ar trebui să se întâmple asta? Lucrurile care se mișcă sunt capabile să provoace o schimbare sau, altfel spus, să facă muncă. De exemplu, gândește-te la o bilă de demolare. Chiar și o bilă de demolări care se mișcă lent poate dăuna unui alt obiect, cum ar fi o casă goală. Cu toate acestea, o bilă de demolări care nu se mișcă nu efectuează lucru mecanic (nu dărâmă nicio clădire).

Energia asociată cu mișcarea unui obiect se numește energie cinetică. Un glonț rapid, o persoană care merge pe jos și radiația electromagnetică, cum ar fi lumina, toate au energie cinetică. Un alt exemplu de energie cinetică este energia asociată cu mișcarea constantă, aleatorie a atomilor sau moleculelor. Aceasta se mai numește energie termică — cu cât energia termică este mai mare, cu atât energia cinetică a mișcării atomice este mai mare și viceversa. Energia termică medie a unui grup de molecule este ceea ce numim temperatură și, când energia termică este transferată între două obiecte, este cunoscută sub numele de căldură.

Să ne întoarcem la exemplul bilei de demolare. Bila care nu se mișcă nu are energie cinetică. Dar ce s-ar întâmpla dacă ar fi ridicată două etaje cu o macara și suspendată deasupra unei mașini? În acest caz, mingea de demolare nu se mișcă, dar, de fapt, există încă energie asociată cu ea. Energia mingii de demolare suspendate reflectă potențialul acesteia de a efectua lucra mecanic (în acest caz, daune). Dacă mingea de demolare ar fi eliberată, ar turti săraca mașină a cuiva. Și, dacă mingea este mai grea, energia asociată cu ea va fi mai mare.

Acest tip de energie este cunoscută sub numele de energie potențială și este energia asociată unui obiect datorită poziției sau structurii sale. De exemplu, energia din legăturile chimice ale unei molecule este legată de structura moleculei și de pozițiile atomilor săi în raport cu ceilalți. Energia chimică, energia stocată în legături chimice, este, prin urmare, considerată o formă de energie potențială. Printre exemple cotidiene de energie potențială se numără energia apei aflate în spatele unui baraj sau a unei persoane care urmează să sară cu parașuta dintr-un avion.

Energia unui obiect poate fi transformată dintr-o formă în alta. De exemplu, să luăm exemplul nostru favorit, bila de demolări. Când bila stă atârnată la o înălțime de mai multe etaje, nu are energie cinetică, ci multă energie potențială. Odată eliberată, energia sa cinetică începe să crească, deoarece generează viteză datorită gravitației, în timp ce energia sa potențială începe să scadă, deoarece nu mai este atât de departe de sol. Chiar înainte să lovească pământul, mingea nu are aproape deloc energie potențială, ci multă energie cinetică.

Aceleași tipuri de transformări sunt posibile cu energia chimică și vedem multe exemple în viața noastră de zi cu zi. De exemplu, octanul, o hidrocarbură întâlnită în benzină, are energie chimică (energie potențială) datorită structurii sale moleculare, care este prezentată mai sus. Această energie poate fi eliberată într-un motor auto atunci când arde benzina, producând de gaze la temperatură înaltă care deplasează pistoanele motorului și, în cele din urmă, propulsează mașina înainte (energie cinetică)${}^1$‍. O parte din energia chimică este convertită în energia cinetică a automobilului, în timp ce o parte este transformată în energie termică, sub formă de căldură emisă de motor.

Energia își poate schimba formele în mod asemănător în organismele vii. De exemplu, energia stocată în legături ale micii molecule de ATP (energie potențială) poate alimenta mișcarea unei proteine motorii și a încărcăturii sale de-a lungul unei piste microtubulare sau contracția celulelor musculare pentru a mișca un membru (energie cinetică).