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 şi putând 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 învârți sau să faci lucrurile pe care trebuie să le realizezi.

Deşi această definiţie a energiei este una cotidiană, nu una ştiinţifică, are multe în comun cu definiţia mai formală a energiei (şi îți poate oferi o modalitate utilă de a-ți aminti). În mod specific, energia este definită ca fiind capacitatea de a efectua treaba – 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 anumite 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 şi o bilă de demolări care se mişcă lent poate dăuna unui alt obiect, cum ar fi o casă goală. Cu toate acestea, o minge de demolări care nu se mişcă nu face nicio muncă ( nu dărâmă nicio clădire).

Energia asociată cu mişcarea unui obiect se numeşte energie cinetică. Un glonț cu viteză, o persoană care merge pe jos și radiații electromagnetice, ca de exemplu lumina, toate au energie cinetică. Un alt exemplu de energie cinetică este energia asociată cu saltul aleatoriu al atomilor sau moleculelor. Aceasta se numeşte, de asemenea, energie termică – cu cât energia termică este mai mare, cu atât energia cinetică a mişcării atomice este mai mare şi viceversa. Energia termică medie a unui grup de molecule este ceea ce numim temperatură, iar când energia termică este transferată între două obiecte, este cunoscută sub numele de căldură.

Să ne întoarcem la exemplul bilei de demolare. Mingea 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 maşini? În acest caz, mingea de demolare nu se mişcă, dar, de fapt, există încă energie asociată cu ea. Energia mingii de demolare suspendate reflectă potențialul acesteia de a lucra (în acest caz, daune). Dacă mingea de demolare ar fi eliberată, ar turti săraca mașină a cuiva. Şi 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 potenţială, se numără energia apei aflată 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 în considerare exemplul nostru favorit, mingea de demolări. Pe măsură ce mingea 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 din gravitație, 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 nici o energie potențială, ci multă energie cinetică.

Aceleaşi tipuri de transformări sunt posibile cu energia chimică şi vedem multe exemple în viaţa noastră de zi cu zi. De exemplu, octanul, o hidrocarbură găsită în benzină, are energie chimică (energie potenţială) datorită structurii sale moleculare, care este prezentată mai sus. Această energie poate fi eliberată într-un motor auto atunci când benzina se aprinde, producerea de gaze la temperatură înaltă care deplasează pistoanele motorului şi, în cele din urmă, propulsează maşina 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 moleculei mici ATP (energie potenţială) poate alimenta mişcarea unei proteine motorii şi a încărcăturii sale de-a lungul unei piste microtubulare; sau contracţia celulelor musculare pentru a mişca un membru (energie cinetică).