|
Vaak wordt energie verward met [[Vermogen (natuurkunde)|vermogen]]: dit is echter energie per tijdseenheid. Iemand die op een keukentrapje klimt heeft daarvoor theoretisch net zoveel energie nodig als wanneer hij even hoog springt. Het springen gebeurt in minder tijd en daarom is daarvoor wel meer vermogen nodig. Een beeldend voorbeeld is ook het ophijsen van een piano met een horlogemotor: bij gebruik van een zwak motortje kost het ophijsen van een zwaar voorwerp veel tijd, maar het kan wel (als we wrijving verwaarlozen).
De intens
De intensiteit waarmee een mens diverse vormen van energie ervaart, verschilt soms van de objectief te meten fysische waarde van die energie. Zo is ongeveer 40kJ (40 000 joule) nodig om een kopje water tot tegen het kookpunt te brengen. Met diezelfde hoeveelheid energie zou men een baksteen van een kilogram vanaf het aardoppervlak naar 4 km hoogte kunnen gooien, of een stadsbus van 4 ton een meter optillen (afgezien van omzettings- en wrijvingsverliezen).
== [[Etymologie]] ==
Het woord energie komt van het Griekse ἐνέργεια ''Energeia'', dat waarschijnlijk voor het eerst wordt gebruikt in het werk van [[Aristoteles]] in de 4e eeuw v. Chr.
== Eenheid ==
Naast de SI-eenheid joule zijn afhankelijk van de toepassing andere eenheden voor energie in gebruik. De [[wattseconde]] (Ws) en de [[newtonmeter]] (Nm) zijn identiek aan de joule. De newtonmeter wordt echter zelden gebruikt voor energie, aangezien de Nm ook de SI-eenheid van een [[Koppel (aandrijftechniek)|koppel]] is. Voor elektrische energie wordt ook de [[kilowattuur]] (kWh) gebruikt.
== Energie en massa ==
[[Albert Einstein]] concludeerde in zijn [[speciale relativiteitstheorie]] van 1905 onder andere dat energie gelijkwaardig is met massa, hoewel de praktische betekenis daarvan op dat moment nog volstrekt onduidelijk was. De [[Massa-energierelatie|equivalentie van massa en energie]] wordt weergegeven in vermoedelijk de beroemdste van alle natuurkundige formules:
:<math>E = mc^2</math>
met <math>E</math> de totale energie, <math>m</math> de [[rustmassa]] in [[kilogram]] en <math>c</math> de constante [[lichtsnelheid]] in meter per seconde.
Doordat de lichtsnelheid ongeveer <math>3 \cdot 10^8</math> m/s bedraagt en bovendien in de formule gekwadrateerd wordt, is 1 kg massaverlies goed voor <math>9 \cdot 10^{16}</math> joule energie. Een grote energiecentrale in Nederland, met nominaal vermogen van 600 MW, produceert nog geen <math>2 \cdot 10^{16}</math> joule per jaar.
Belangrijk om hier op te merken is dat bovenstaande formule slechts geldig is voor stilstaande deeltjes. Het is een vereenvoudiging van de volledige versie van deze formule van Einstein, waarin wel rekening wordt gehouden met beweging ten opzichte van een assenstelsel:
:<math> E = \sqrt{m^2c^4 + p^2c^2}</math>
met <math>E</math> de totale energie, <math>m</math> de [[rustmassa]], <math>c</math> de [[lichtsnelheid]] en <math>p</math> de grootte van de [[Impuls (natuurkunde)|impuls]]. Voor stilstaande deeltjes is de snelheid, en dus ook de impuls, gelijk aan nul, wat terug de befaamde vereenvoudiging oplevert.
== Thermodynamica en vrije energie ==
In de [[thermodynamica]] wordt onderscheid gemaakt tussen de ''energie'' of ''enthalpie'' (<math>H</math>) zoals hierboven beschreven, en de [[vrije energie]] (<math>G</math>). De vrije energie bevat een term voor de wanordelijkheid van het systeem, genaamd [[entropie]] (<math>S</math>). Het deel van de energie dat kan worden omgezet in technische [[Arbeid (natuurkunde)|arbeid]] door een hoeveelheid stof naar omgevingscondities (omgevingsdruk en -temperatuur) te brengen, heet [[exergie]].
De thermodynamica verklaart waarom met hete stoom wel elektriciteit gemaakt kan worden, en niet met een grotere hoeveelheid lauw water die dezelfde energie-inhoud heeft, of, anders gezegd, waarom een stoommachine nooit een 100% rendement heeft, doch een deel van de aangevoerde energie verloren gaat in het koelwater.
== Maatschappelijk ==
{{Zie hoofdartikel|energie (economie)}}
Het energievraagstuk verwijst naar het probleem dat - vooral - de rijke landen steeds meer [[elektriciteit]] en [[warmte]] willen produceren terwijl de voorraad [[fossiele brandstof]]fen (kolen, gas en aardolie) steeds kleiner wordt. Vooral de opkomende economische mogendheid [[China]] heeft ook een groot aandeel in de wereldwijde toename van de vraag naar energie. Bovendien draagt het gebruik van fossiele brandstoffen bij aan de [[luchtvervuiling]] en aan het versterkte [[broeikaseffect]]. Er wordt dus naarstig gezocht naar alternatieve, liefst [[duurzame energie]]bronnen, waarover veel maatschappelijke discussie is. [[Waterkracht]] is een relatief weinig omstreden energiebron, die in bergachtige gebieden op aarde al eeuwen wordt toegepast. De aanleg van [[Stuwmeer|stuwmeren]] kan echter wel leiden tot spanningen met de plaatselijke bevolking die, door de overheid gedwongen, moet verhuizen. [[Getijdenenergie]] is slechts enigszins rendabel op plaatsen waar de zeekust een geschikte vorm heeft en verstoort de natuurlijke getijdebeweging, wat invloed heeft op het milieu. [[Zonne-energie]] en [[windenergie]] zijn in principe onuitputtelijk, maar voorlopig nog niet voldoende om een volwaardig alternatief voor fossiele brandstoffen te vormen. [[Kernenergie]] die gewonnen wordt door [[kernsplijting]], kan in principe veel meer energie leveren, maar daaraan kleven bezwaren van het radio-actieve afval, de potentieel grote rampen bij ongelukken in kerncentrales (al is de kans daarop klein) en het in de hand werken van de [[Non-proliferatieverdrag|proliferatie]] van [[kernwapen]]s. Op de lange termijn ligt beheerste [[kernfusie]] in het verschiet als betrekkelijk schone, veilige en vrijwel onuitputtelijke energiebron, maar na tientallen jaren van onderzoek zijn de technische problemen nog lang niet opgelost.
{{Zie ook|Zie ook [[energiebesparing]]}}
== Gratis energie? ==
Een gevolg van de ''wet van behoud van energie'' is dat het niet mogelijk is een experiment uit te voeren dat ''vanzelf'' energie genereert. Het is dus niet mogelijk dat een apparaat ''vanzelf'' gaat draaien en blijft draaien zonder dat van buitenaf energie wordt toegevoerd. Al vaak is zo'n [[perpetuum mobile]] (letterlijk: ''voortdurend bewegend'') "uitgevonden", maar bij allemaal bleek er toch energie van buiten aan te pas te komen, of het apparaat kwam uiteindelijk tot stilstand.
Hoe zorgvuldig een machine ook wordt ontworpen, het is onvermijdelijk dat een deel van de beweging door wrijving wordt omgezet in warmte. In de ruimte is geen luchtwrijving, maar dan nog heeft de machine wrijving tussen zijn eigen onderdelen. Het is wel mogelijk om van warmte mechanische energie te maken, zoals in een [[stoommachine]], maar dit soort "warmtemotoren" heeft geen rendement van 100%. Het is daardoor onmogelijk álle warmte om te zetten in arbeid. Volgens de [[Tweede wet van de thermodynamica]] kan zo'n warmtemotor arbeid verrichten door warmte naar een reservoir met een lagere temperatuur te laten stromen. Om alle warmte in arbeid om te zetten, zou dat reservoir echter een temperatuur van [[Absolute nulpunt|0 K]] moeten hebben en houden. Maar in een [[gesloten systeem]] blijft dat reservoir niet zo koud: de temperatuur in het systeem wordt uiteindelijk overal gelijk en de machine komt tot stilstand.
== Vormen van energie ==
Binnen de context van de [[natuurwetenschap]]pen worden verschillende vormen van energie gedefinieerd. Deze omvatten:
* [[Chemische energie]]
* [[Elastische energie]]
* [[Elektrische energie]]
* [[Elektromagnetische straling|Elektromagnetische energie]]
* [[Geluidsenergie]]
* [[Gravitatie-energie]] (energieverandering in een gravitatieveld: zie ook [[Potentiële energie]])
* [[Kernenergie]] (Nucleaire energie)
* [[Kinetische energie]] (bewegingsenergie)
* [[Lichtenergie]]
* [[Magnetische energie]]
* [[Massa (natuurkunde)|Massa]] (E=mc<sup>2</sup>)
| 