Energy transformation

[File:Fuoco 26-7-2003 Foto G. DallOrto 39.jpg|thumb|Огнот е пример за трансформација на енергија]]

„Трансформација на енергијата“, позната и како „конверзија на енергијата“, е процес на промена на енергијата од една форма во друга.

"Energy Transfers and Transformations". education.nationalgeographic.org. Retrieved 2022-05-29. https://www.ea.gov.mk/chesto-postavuvani-prasha%D1%9Aa/za-obnovlivi-izvori-na-energi%D1%98a/.org

Во физиката, енергијата е количина која обезбедува способност за вршење работа или создавање топлина. Освен што се пренесува, според законот за закон за зачувување на енергијата, енергијата може да се пренесе на различна локација или објект, но не може да се создаде или уништи.

Енергијата во многу нејзини форми може да се користи во природни процеси или да обезбеди некаква услуга за општеството, како што се загревање, ладење, осветлување или извршување на механички работи за работа на машини. На пример, за да се загрее домот, печката согорува гориво, чија хемиска потенцијална енергија се преобразува во топлинска енергија, која потоа се пренесува на воздухот во домот за загревање. Ограничувања при конверзија на топлинска енергија Конверзиите во топлинска енергија од други форми на енергија може да работат со 100% ефикасност.Pandey, Er. Aakanksha (февруари 2010). "Advantages and Limitations of Ocean Thermal Energy Conversion". India Study Channel. {{cite web}}: Check date values in: |date= (help) Конверзијата меѓу нетоплинските форми на енергија може да се случи со висока ефикасност, иако енергетската загуба често се појавува како топлина дисипирана поради триење и слични процеси.Struchtrup, Henning (2014-07-02). Thermodynamics and Energy Conversion. Springer. pp. 2–12. ISBN 978-3-642-37315-5. {{cite book}}: Check |isbn= value: checksum (help) На пример, кога потенцијалната енергија се конвертира во кинетичка енергија, објект паѓа во вакуум. Ова исто така важи и за спротивниот случај: ако објект со иницијална орбитална брзина изгуби енергија и ја претвори својата кинетичка енергија (брзина) во најоддалечената точка, тој ќе го преврти процесот, забрзувајќи и претворајќи ја потенцијалната енергија во кинетичка. Бидејќи просторот е блиску до вакуум, овој процес има речиси 100% ефикасност.

Топлинската енергија е уникатна бидејќи во повеќето случаи (волево) не може да се претвори во други форми на енергија. Само разликата во густината на топлинската/нетоплинската енергија (температура) може да се искористи за да се изврши работа, и ефикасноста на оваа конверзија ќе биде (многу) помала од 100%. Ова е поради тоа што топлинската енергија претставува посебно неуреден облик на енергија; таа е распределена случајно меѓу многу достапни состојби на збир од микроскопски честички кои го сочинуваат системот (овие комбинации на позиција и моментум за секоја од честичките се сметаат дека формираат ентропија). Мерката на овој неуред или случајност е ентропија.|Топлинската енергија во рамнотежа на одредена температура претставува максимално изедначување на енергијата помеѓу сите можни состојбиKatinas, Vladislav; Markoviciute, Mantas; Pervinis, Eugenijus (март 2019). "Advantages and Limitations of Biodegradable Wastes for Energy Generation in Lithuania". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 101: 559–607. doi:10.1016/j.rser.2018.11.022. S2CID 137163732. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help). Ова „финално“ изедначено ниво на енергија е она што не може да се искористи за ништо друго освен за едноставно одржување на температурата. Вториот закон на термодинамиката тврди дека енергијата на затворен систем може само да се зголемува. Поради ова, универзумот се обидува со други средства да го намали зголемувањето на ентропијата (која е „отпадна“ топлинска енергија) и нејзиниот енергетски приод. Инаку, само дел од топлинската енергија може да се претвори во корисна работа, а остатокот од неа мора да се пренесе на термички резервоар со пониска температура. Зголемувањето на ентропијата за овој процес е поголемо од намалувањето на ентропијата при трансформацијата на остатокот од топлината во други видови енергија.

За да се направи трансформацијата на енергијата поефикасна, пожелно е да се избегне термалната конверзија. На пример, ефикасноста на нуклеарните реактори, каде кинетичката енергија на јадрата прво се конвертира во топлинска енергија, а потоа во електрична, е околу 35%.Dunbar, William R.; Moody, Scott D.; Lior, Noam (ноември 2024). "Exergy analysis of an operating boiling-water reactor nuclear power station". Energy Conversion and Management. 36 (3): 149–159. Bibcode:1995ECM…36..149D. doi:10.1016/0196-8904(94)00054-4. {{cite journal}}: Check |bibcode= length (help); Check date values in: |date= (help)Winslow, P.D. (1996). The Nuclear Fuel Cycle: From Ore to Wasted. Oxford University Press. (Потребни се повеќе извори) (јануари 2023) Со директно елиминирање на термалната енергетска трансформација, ефикасноста на процесот за трансформација на енергијата може драстично да се подобри.

History of energy transformation

Energy transformations in the universe over time are usually characterized by various kinds of energy, which have been available since the Big Bang, later being "released" (that is, transformed to more active types of energy such as kinetic or radiant energy) by a triggering mechanism.

Release of energy from gravitational potential

A direct transformation of energy occurs when hydrogen produced in the Big Bang collects into structures such as planets, in a process during which part of the gravitational potential is to be converted directly into heat. In Jupiter, Saturn, and Neptune, for example, such heat from the continued collapse of the planets' large gas atmospheres continue to drive most of the planets' weather systems. These systems, consisting of atmospheric bands, winds, and powerful storms, are only partly powered by sunlight. However, on Uranus, little of this process occurs.^[why?]^{[citation needed]}

On Earth, a significant portion of the heat output from the interior of the planet, estimated at a third to half of the total, is caused by the slow collapse of planetary materials to a smaller size, generating heat.^{[citation needed]}

Release of energy from radioactive potential

Familiar examples of other such processes transforming energy from the Big Bang include nuclear decay, which releases energy that was originally "stored" in heavy isotopes, such as uranium and thorium. This energy was stored at the time of the nucleosynthesis of these elements. This process uses the gravitational potential energy released from the collapse of Type II supernovae to create these heavy elements before they are incorporated into star systems such as the Solar System and the Earth. The energy locked into uranium is released spontaneously during most types of radioactive decay, and can be suddenly released in nuclear fission bombs. In both cases, a portion of the energy binding the atomic nuclei together is released as heat.

Release of energy from hydrogen fusion potential

In a similar chain of transformations beginning at the dawn of the universe, nuclear fusion of hydrogen in the Sun releases another store of potential energy which was created at the time of the Big Bang. At that time, according to one theory^[which?], space expanded and the universe cooled too rapidly for hydrogen to completely fuse into heavier elements. This resulted in hydrogen representing a store of potential energy which can be released by nuclear fusion. Such a fusion process is triggered by heat and pressure generated from the gravitational collapse of hydrogen clouds when they produce stars, and some of the fusion energy is then transformed into starlight. Considering the solar system, starlight, overwhelmingly from the Sun, may again be stored as gravitational potential energy after it strikes the Earth. This occurs in the case of avalanches, or when water evaporates from oceans and is deposited as precipitation high above sea level (where, after being released at a hydroelectric dam, it can be used to drive turbine/generators to produce electricity).

Sunlight also drives many weather phenomena on Earth. One example is a hurricane, which occurs when large unstable areas of warm ocean, heated over months, give up some of their thermal energy suddenly to power a few days of violent air movement. Sunlight is also captured by plants as a chemical potential energy via photosynthesis, when carbon dioxide and water are converted into a combustible combination of carbohydrates, lipids, and oxygen. The release of this energy as heat and light may be triggered suddenly by a spark, in a forest fire; or it may be available more slowly for animal or human metabolism when these molecules are ingested, and catabolism is triggered by enzyme action.

Through all of these transformation chains, the potential energy stored at the time of the Big Bang is later released by intermediate events, sometimes being stored in several different ways for long periods between releases, as more active energy. All of these events involve the conversion of one kind of energy into others, including heat.

Examples

Examples of sets of energy conversions in machines

A coal-fired power plant involves these energy transformations:

Chemical energy in the coal is converted into thermal energy in the exhaust gases of combustion
Thermal energy of the exhaust gases converted into thermal energy of steam through heat exchange
Kinetic energy of steam converted to mechanical energy in the turbine
Mechanical energy of the turbine is converted to electrical energy by the generator, which is the ultimate output

In such a system, the first and fourth steps are highly efficient, but the second and third steps are less efficient. The most efficient gas-fired electrical power stations can achieve 50% conversion efficiency.^{[citation needed]} Oil- and coal-fired stations are less efficient.

In a conventional automobile, the following energy transformations occur:

Chemical energy in the fuel is converted into kinetic energy of expanding gas via combustion
Kinetic energy of expanding gas converted to the linear piston movement
Linear piston movement converted to rotary crankshaft movement
Rotary crankshaft movement passed into transmission assembly
Rotary movement passed out of transmission assembly
Rotary movement passed through a differential
Rotary movement passed out of differential to drive wheels
Rotary movement of drive wheels converted to linear motion of the vehicle

Other energy conversions

There are many different machines and transducers that convert one energy form into another. A short list of examples follows:

ATP hydrolysis (chemical energy in adenosine triphosphate → mechanical energy)
Battery (electricity) (chemical energy → electrical energy)
Electric generator (kinetic energy or mechanical work → electrical energy)
Electric heater (electric energy → heat)
Fire (chemical energy → heat and light)
Friction (kinetic energy → heat)
Fuel cell (chemical energy → electrical energy)
Geothermal power (heat→ electrical energy)
Heat engines, such as the internal combustion engine used in cars, or the steam engine (heat → mechanical energy)
Hydroelectric dam (gravitational potential energy → electrical energy)
Electric lamp (electrical energy → heat and light)
Microphone (sound → electrical energy)
Ocean thermal power (heat → electrical energy)
Photosynthesis (electromagnetic radiation → chemical energy)
Piezoelectrics (strain → electrical energy)
Thermoelectric (heat → electrical energy)
Wave power (mechanical energy → electrical energy)
Windmill (wind energy → electrical energy or mechanical energy)

v t e Energy
History Index Outline
Fundamental concepts	Conservation of energy Energetics Energy Units Energy condition Energy level Energy system Energy transformation Energy transition Mass Negative mass Mass–energy equivalence Power Thermodynamics Enthalpy Entropic force Entropy Exergy Free entropy Heat capacity Heat transfer Irreversible process Isolated system Laws of thermodynamics Negentropy Quantum thermodynamics Thermal equilibrium Thermal reservoir Thermodynamic equilibrium Thermodynamic free energy Thermodynamic potential Thermodynamic state Thermodynamic system Thermodynamic temperature Volume (thermodynamics) Work
Types	Binding Nuclear Chemical Dark Elastic Electric potential energy Electrical Gravitational Binding Interatomic potential Internal Ionization Kinetic Magnetic Mechanical Negative Phantom Potential Quantum chromodynamics binding energy Quantum fluctuation Quantum potential Quintessence Radiant Rest Sound Surface Thermal Vacuum Zero-point
Energy carriers	Battery Capacitor Electricity Enthalpy Fuel Fossil Oil Heat Latent heat Hydrogen Hydrogen fuel Mechanical wave Radiation Sound wave Work
Primary energy	Bioenergy Fossil fuel Coal Natural gas Petroleum Geothermal Gravitational Hydropower Marine Nuclear fuel Natural uranium Radiant Solar Wind
Energy system components	Biomass Electric power Electricity delivery Energy engineering Fossil fuel power station Cogeneration Integrated gasification combined cycle Geothermal power Hydropower Hydroelectricity Tidal power Wave farm Nuclear power Nuclear power plant Radioisotope thermoelectric generator Oil refinery Solar power Concentrated solar power Photovoltaic system Solar thermal energy Solar furnace Solar power tower Wind power Airborne wind energy Wind farm
Use and supply	Efficient energy use Agriculture Computing Transport Energy conservation Energy consumption Energy policy Energy development Energy security Energy storage Renewable energy Sustainable energy World energy supply and consumption Africa Asia Australia Canada Europe Mexico South America United States
Misc.	Carbon footprint Energy democracy Energy recovery Energy recycling Jevons paradox Waste-to-energy Waste-to-energy plant
Category Commons Portal WikiProject