Năng lượng là gì? Định nghĩa, phân loại và ứng dụng

Năng lượng là gì?

- Năng lượng là đại lượng vật lí đặc trưng cho khả năng sinh công của vật hay chính là khả năng tác dụng một lực gây ra sự dịch chuyển của một vật hoặc để làm nóng các đối tượng. Mọi vật xung quanh ta đều mang năng lượng. Khi một vật tương tác với các vật khác thì giữa chúng có thể có trao đổi năng lượng. Quá trình trao đổi năng lượng này diễn ra dưới những dạng khác nhau: thực hiện công, truyền nhiệt, phát ra các tia năng lượng….

- Trong bối cảnh hóa học, năng lượng là một thuộc tính của một chất là kết quả của cấu trúc nguyên tử, phân tử hoặc tổng hợp của nó. Vì một sự biến đổi hóa học đi kèm với một sự thay đổi trong một hoặc nhiều loại cấu trúc này, nó luôn luôn đi kèm với sự tăng hoặc giảm năng lượng của các chất liên quan.

- Trong sinh học, năng lượng là một thuộc tính của tất cả các hệ thống sinh học từ sinh quyển đến sinh vật nhỏ nhất. Nó chịu trách nhiệm cho sự tăng trưởng và phát triển của một tế bào sinh học hoặc một cơ quan của một sinh vật.

- Trong địa chất, sự biến đổi năng lượng trong lòng đất dùng để giải thích cho hiện tượng trôi dạt lục địa, dãy núi, núi lửa và động đất,...

- Năng lượng thường kí hiệu là E (Energy). Trong hệ SI, đơn vị đo năng lượng là jun (J). 

Có các dạng năng lượng nào?

Năng lượng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm:

• Nhiệt năng: Là năng lượng chuyển động của các phân tử trong vật chất. Nhiệt năng có thể được truyền từ vật nóng sang vật lạnh.
• Động năng: Là năng lượng của vật do chuyển động. Động năng của một vật tỷ lệ thuận với khối lượng và bình phương vận tốc của vật.
• Thế năng: Là năng lượng do vị trí của vật. Thế năng của một vật tỷ lệ thuận với khối lượng của vật và độ cao của vật.
• Cơ năng: Là tổng của động năng và thế năng của một vật.
• Hóa năng: Là năng lượng tiềm ẩn trong các liên kết hóa học. Hóa năng được giải phóng khi các liên kết hóa học bị phá vỡ.
• Quang năng: Là năng lượng của ánh sáng. Quang năng có thể được hấp thụ bởi vật chất, làm nóng vật chất hoặc kích thích các phản ứng hóa học.
• Năng lượng hạt nhân: Là năng lượng được giải phóng khi các hạt nhân nguyên tử bị phân hạch hoặc tổng hợp. Năng lượng hạt nhân rất mạnh và được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân.

Nguồn cung cấp năng lượng

- Năng lượng hóa thạch: là nguồn năng lượng chính hiện nay, bao gồm dầu mỏ, khí đốt và than đá. Nhiên liệu hóa thạch có trữ lượng lớn và dễ khai thác, nhưng lại gây ô nhiễm môi trường.
- Năng lượng tái tạo: là nguồn năng lượng được tạo ra từ các nguồn thiên nhiên có thể tái tạo, bao gồm năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy điện, năng lượng sinh khối,... Năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường, nhưng lại có giá thành cao và phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên.

Năng lượng hóa thạch là gì?

- Năng lượng hóa thạch là nguồn năng lượng được sinh ra từ các tài nguyên hóa thạch như than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên được hình thành nhờ sự phân hủy xác động thực vật qua hàng triệu năm. Dạng năng lượng này không có khả năng tái tạo và có giới hạn khi khai thác. Nhiên liệu hóa thạch có trữ lượng lớn và dễ khai thác, nhưng lại gây ô nhiễm môi trường.

- Các loại nhiên liệu hóa thạch chủ yếu gồm có:

• Dầu mỏ: là một chất lỏng màu đen, nhớt, có mùi đặc trưng. Dầu mỏ được sử dụng để sản xuất xăng, dầu diesel, dầu nhờn,...
• Khí đốt: là một chất khí, không màu, không mùi, không vị. Khí đốt được sử dụng để sản xuất điện, sưởi ấm, nấu ăn,...
• Than đá: là một loại đá cứng, màu đen, có chứa nhiều carbon. Than đá được sử dụng để sản xuất điện, sưởi ấm, nấu ăn,...

Năng lượng tái tạo là gì?

- Năng lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra từ các nguồn tài nguyên tự nhiên không giới hạn hoặc tái tạo nhanh. Năng lượng tái tạo hay còn gọi là năng lượng sạch, trong tiếng Anh gọi là Recycled energy. Các năng lượng thuộc nhóm này như sóng, gió, mặt trời, địa chấn,.. đều là những nguồn năng lượng vô hạn.

- Các nguồn năng lượng tái tạo bao gồm:

• Năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời được tạo ra từ ánh sáng mặt trời. Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để tạo ra điện, nhiệt hoặc nhiên liệu.
• Năng lượng gió: Năng lượng gió được tạo ra từ chuyển động của gió. Năng lượng gió có thể được sử dụng để tạo ra điện hoặc bơm nước.
• Năng lượng thủy điện: Năng lượng thủy điện được tạo ra từ chuyển động của nước. Năng lượng thủy điện có thể được sử dụng để tạo ra điện.
• Năng lượng địa nhiệt: Năng lượng địa nhiệt được tạo ra từ nhiệt dưới lòng đất. Năng lượng địa nhiệt có thể được sử dụng để tạo ra điện hoặc sưởi ấm.
• Năng lượng sinh khối: Năng lượng sinh khối được tạo ra từ các vật liệu hữu cơ như gỗ, rác thải nông nghiệp và chất thải đô thị. Năng lượng sinh khối có thể được sử dụng để tạo ra điện, nhiệt hoặc nhiên liệu.

- Lợi ích của năng lượng tái tạo so với năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch: 

• Sạch và không gây ô nhiễm: không tạo ra khí nhà kính hoặc các chất ô nhiễm khác, giúp giảm thiểu tác động của chúng đối với môi trường.
• Có thể tái tạo: mặt trời, gió và thủy điện là những nguồn năng lượng có thể được sử dụng mãi mãi mà không bị cạn kiệt.
• Có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, vốn là nguồn năng lượng không bền vững.

- Ngoài ra còn có năng lượng không tái tạo và vĩnh cửu như:

• Năng lượng địa nhiệt: được lấy ra từ tâm của Trái Đất và khai thác dưới hai dạng phổ biến là điện và nhiệt.
• Năng lượng hạt nhân: là công nghệ hạt nhân dùng để tách các năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử trong các lò phản ứng hạt nhân được kiểm soát.

Các nguồn năng lượng tái tạo

Vai trò của năng lượng đối với cuộc sống

Năng lượng đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống của con người, từ sản xuất, vận chuyển, sinh hoạt hàng ngày cho đến các hoạt động văn hóa, giải trí.

Trong phát triển kinh tế - xã hội

• Nông nghiệp: Năng lượng được sử dụng để vận hành các máy móc, thiết bị trong sản xuất nông nghiệp, như máy cày, máy gặt, máy bơm nước,... Năng lượng cũng được sử dụng để sản xuất phân bón, thuốc bảo vệ thực vật,...
• Công nghiệp: Năng lượng được sử dụng để vận hành các máy móc, thiết bị trong sản xuất công nghiệp, như máy dệt, máy may, máy móc khai thác khoáng sản,... Năng lượng cũng được sử dụng để sản xuất các sản phẩm công nghiệp, như điện, thép, xi măng,...
• Xây dựng: Năng lượng được sử dụng để vận hành các máy móc, thiết bị trong xây dựng, như máy xúc, máy ủi, máy trộn bê tông,... Năng lượng cũng được sử dụng để sản xuất các vật liệu xây dựng, như xi măng, sắt thép,...
• Giao thông vận tải: Năng lượng được sử dụng để vận hành các phương tiện giao thông, như ô tô, xe máy, tàu hỏa, máy bay,... Năng lượng cũng được sử dụng để xây dựng các công trình giao thông, như đường bộ, đường sắt, cầu đường,...
• Dịch vụ: Năng lượng được sử dụng để vận hành các thiết bị, máy móc trong các lĩnh vực dịch vụ, như khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, trường học,...

Trong cơ thể con người

Năng lượng là nguồn lực cần thiết cho tất cả các hoạt động sống của con người, bao gồm:

• Duy trì thân nhiệt: Nhiệt là một dạng năng lượng, giúp duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định ở mức 37 độ C. Nếu không có năng lượng, cơ thể sẽ bị lạnh, dẫn đến các vấn đề sức khỏe như suy giảm hệ miễn dịch, nguy cơ mắc các bệnh truyền nhiễm,...
• Tăng trưởng và phát triển: Năng lượng cần thiết cho sự phân chia, phát triển của tế bào, mô và cơ quan trong cơ thể. Nếu thiếu năng lượng, trẻ em sẽ chậm lớn, suy dinh dưỡng, người lớn sẽ bị suy nhược cơ thể, giảm sức đề kháng,...
• Vận động: Năng lượng là nguồn lực chính cung cấp cho các hoạt động vận động của cơ thể, như đi lại, chạy nhảy, lao động,... Nếu thiếu năng lượng, cơ thể sẽ mệt mỏi, uể oải, không thể thực hiện các hoạt động thường ngày.
• Các hoạt động khác: Năng lượng còn cần thiết cho các hoạt động khác của cơ thể, như tiêu hóa thức ăn, tổng hợp các chất dinh dưỡng, sản xuất các hormone,...

Trong bảo vệ môi trường

Năng lượng sạch đóng một vai trò quan trọng trong bảo vệ môi trường. Năng lượng sạch là những nguồn năng lượng không gây ô nhiễm môi trường, như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy điện,... Sử dụng năng lượng sạch giúp giảm thiểu lượng khí thải nhà kính, bảo vệ bầu khí quyển, ứng phó với biến đổi khí hậu.

Ứng dụng của năng lượng

- Trong sản xuất điện: Năng lượng được sử dụng để sản xuất điện, là nguồn năng lượng chính cho các hoạt động sản xuất, sinh hoạt của con người.
- Trong vận chuyển: Năng lượng được sử dụng để vận chuyển, là nguồn năng lượng chính cho các phương tiện giao thông.
- Trong sản xuất công nghiệp: Năng lượng được sử dụng để sản xuất công nghiệp, là nguồn năng lượng chính cho các nhà máy, xí nghiệp.
- Trong sinh hoạt hàng ngày: Năng lượng được sử dụng để phục vụ các nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như nấu ăn, sưởi ấm,...

Vấn đề khai thác và sử dụng năng lượng

- Vấn đề khai thác và sử dụng năng lượng trên thế giới hiện nay đang đặt ra nhiều thách thức, bao gồm:

• Tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng: Dân số thế giới ngày càng tăng, cùng với sự phát triển kinh tế, dẫn đến nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng, đặt ra áp lực lớn lên các nguồn năng lượng hiện có.
• Năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt: Nhiên liệu hóa thạch là nguồn năng lượng chính hiện nay, nhưng đang dần cạn kiệt đặt ra thách thức cho việc đảm bảo cung cấp năng lượng cho tương lai.
• Ô nhiễm môi trường: Quá trình khai thác và sử dụng năng lượng hóa thạch gây ra ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm không khí và biến đổi khí hậu. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường.

=> Việc khai thác và sử dụng năng lượng hóa thạch cần được thực hiện một cách hợp lý để đảm bảo sự phát triển bền vững của con người và môi trường.

- Các giải pháp để giảm thiểu tác động tiêu cực của năng lượng hóa thạch bao gồm:

• Tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo: Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng bền vững trong tương lai.
• Sử dụng công nghệ tiên tiến để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng: Cần sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả hơn, thông qua việc áp dụng các công nghệ tiên tiến, nâng cao nhận thức của người dân về sử dụng năng lượng tiết kiệm.
• Đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển các công nghệ năng lượng mới: Cần nghiên cứu, phát triển các công nghệ năng lượng mới, thân thiện với môi trường, có khả năng thay thế năng lượng hóa thạch.
• Tăng cường tuyên truyền, giáo dục về bảo vệ môi trường

- Các quốc gia trên thế giới đang triển khai nhiều giải pháp để giải quyết vấn đề khai thác và sử dụng năng lượng. Một số quốc gia đang có những bước tiến đáng kể trong việc phát triển năng lượng tái tạo, như Đức, Đan Mạch,... Tuy nhiên, việc giải quyết vấn đề này cần có sự chung tay của tất cả các quốc gia trên thế giới.