Mitä on energia?
Energia kuvaa esineen kykyä tehdä työtä. Työ on energian siirtymistä, joka tapahtuu, kun ulkoinen voima liikuttaa esinettä.
Energiaa on kahta päätyyppiä. Ne ovat liike-energia ja potentiaalienergia. Mekaaninen energia on systeemin liike-energian ja potentiaalienergian summa.
Väärinkäsitysvaroitus
Energia ei ole konkreettinen asia. Tämä voi vaikeuttaa lasten ja aikuisten käsitteen hahmottamista. Energia kuvaa esineen kykyä aiheuttaa muutosta tai tehdä työtä.
Kineettinen energia: The Energy of Motion
Liikkuvalla esineellä on liike-energiaa. Mitä nopeammin se liikkuu, sitä enemmän sillä on liike-energiaa. Ääni, lämpö ja sähkö ovat kaikki esimerkkejä liike-energiasta.
Älyenergia
Älyenergia liikkuu aineissa pitkittäisaaltoina. Näiden aaltojen on kuljettava väliaineen, kuten ilman tai veden, läpi. Ääniaallot syntyvät, kun jokin voima saa esineen värähtelemään. Esimerkiksi käden lyöminen rumpuun synnyttää ääniaaltoja.
Lämpöenergia
Lämpöenergiasta puhuttaessa puhutaan myös lämmöstä. Se on peräisin aineen atomien ja molekyylien liikkeestä. Mitä nopeammin molekyylit liikkuvat, sitä kuumemmaksi aine muuttuu. Ja mitä kuumemmaksi aine muuttuu, sitä enemmän siinä on lämpöenergiaa. Ajattele veden kiehumista liedellä. Kun vesi kuumenee, sen molekyylit liikkuvat yhä nopeammin.
Sähköenergia
Elektronit ovat pieniä varattuja hiukkasia. Kun ne liikkuvat, ne tuottavat sähköenergiaa. Liikkuvat elektronit kuljettavat energiaa sähköjohtimen läpi. Kaikki laitteet, jotka joudut kytkemään seinään, toimivat sähköenergialla.
Potentiaalienergia: Varastoitu energia
Potentiaalienergia on varastoitunut paikallaan olevaan kappaleeseen. Kun esine liikkuu, sen energia muuttuu potentiaalienergiasta liike-energiaksi. Näillä kaikilla esineillä on potentiaalienergiaa:
- Vesi padon takana
- Kallio kukkulan laella
- Tulitöitä laukaisemassa
Kemiallinen potentiaalienergia
Kemiallinen potentiaalienergia on varastoituneena molekyylien sidoksiin. Se vapautuu kemiallisessa reaktiossa. Kemiallinen potentiaalienergia tuottaa yleensä lämpöenergiaa. Esimerkiksi uunissa poltettu maakaasu vapauttaa lämpöä. Samoin syömääsi ruokaan varastoitunut energia vapautuu ruoansulatuksen kautta.
Gravitaatiopotentiaalienergia
Kappaleen korkeus ja paino antavat sille gravitaatiopotentiaalienergiaa. Mitä korkeampi ja painavampi esine on, sitä enemmän sillä on gravitaatiopotentiaalienergiaa. Ajattele vettä, joka on virtaamassa vesiputouksen yli. Mitä korkeampi vesiputous on, sitä enemmän vedellä on gravitaatiopotentiaalienergiaa.
Väärinkäsitysvaroitus
Saatat ajatella, että lepotilassa olevalla esineellä ei ole energiaa. Levossa olevalla esineellä ei ole liike-energiaa. Mutta sen sijainnista riippuen sillä on eräänlaista potentiaalienergiaa. Kun pidät kiveä maanpinnan yläpuolella, sillä on gravitaatiopotentiaalienergiaa. Ja aamiaiseksi syömässäsi banaanissa on kemiallista potentiaalienergiaa.
Mekaaninen energia
Mekaaninen energia on mekaanisessa järjestelmässä olevan energian summa. Se sisältää sekä liike-energian että potentiaalienergian. Esineillä on siis mekaanista energiaa, kun ne ovat liikkeessä. Ja niillä on sitä myös silloin, kun niillä on potentiaalia liikkua. Valtatietä pitkin liikkuvalla autolla on mekaanista energiaa. Ja niin on myös kirjalla, jota pidät ilmassa.
Mitä nopeammin esine liikkuu, sitä enemmän energiaa se varastoi. Tätä varastoitunutta energiaa voidaan käyttää voiman kohdistamiseen toiseen esineeseen. Toisin sanoen se tekee työtä esineelle. Ajattele purkupalloa, joka purkaa rakennuksen. Sillä on potentiaalienergiaa, koska sitä pidetään ilmassa. Kun se heilahtaa kohti rakennusta, energia muuttuu liike-energiaksi. Lopulta pallo törmää seinään. Silloin pallon liike-energia kohdistaa rakennukseen voiman, joka voi saada sen kaatumaan.
Väärinkäsitysvaroitus
Energiaa ei voi luoda eikä tuhota. Sitä voidaan vain muuttaa eri muotoihin. Energian muuttumisen havainnollistamiseksi pyydä lapsia hieromaan käsiään yhteen. Hierominen on esimerkki mekaanisesta energiasta. Ja lapset voivat tuntea lämmön, kun se muuttuu lämpöenergiaksi.
Energiaa on kaikkialla ja kaikkialla elämässämme. Itse asiassa et voi elää ilman sitä! Miten selviäisit hengissä ilman auringon lämpöenergiaa tai syömästäsi ruoasta saatavaa kemiallista energiaa?