تبدیل انرژی چیست؟ — به زبان ساده + مثال

برای انجام هر کاری مانند راه رفتن، شنا کردن یا حتی خوابیدن به انرژی نیاز داریم. مقدار انرژی موجود در جهان یکسان است. در واقع، انرژی نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود، فقط از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. در نتیجه، برای استفاده از انرژی‌های مختلف باید ‌آن‌ها را از حالتی به حالت دیگر تبدیل کنیم. در این مطلب از مجله فرادرس، با استفاده از مثال‌های گوناگون به پرسش تبدیل انرژی چیست پاسخ خواهیم داد.

تبدیل انرژی چیست ؟

انرژی خلق نمی‌شود. مفهوم این جمله بسیار مهم و بنیادی است. براساس قانون پایستگی انرژی، انرژی در جهان از بین نمی‌رود، آفریده نمی‌شود، بلکه از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. در حقیقت، در هر فرآیند مفیدی انرژی از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. به این فرآیند تبدیل انرژی می‌گوییم.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه ششم (رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

انرژی در حالت کلی به دو دسته انرژی جنبشی و پتانسیل تقسیم می‌شود. انرژی جنبشی مربوط به حرکت جسم است، اما انرژی پتانسیل به انرژی دخیره شده در جسم بستگی دارد. هر کدام از این دو نوع انرژی به شکل‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شوند.

شکل‌ های مختلف انرژی چیست ؟

روزانه با شکل‌های مختلف انرژی، از انرژی الکتریکی گرفته تا انرژی هسته‌ای، در زندگی سروکار داریم.

• انرژی حرکتی: این شکل از انرژی مربوط به حرکت اجسام است. به هنگام دویدن انرژی جنبشی حرکتی داریم.
• انرژی گرمایی: به هنگام صحبت در مورد گرم یا سرد بودن اجسام به طور غیرمستقیم به انرژی گرمایی اشاره می‌کنیم. هنگامی که چوب می‌سوزد انرژی گرمایی تولید می‌شود.
• انرژی شیمیایی: انرژی شیمیایی در ماده ذخیره شده است و به هنگام انجام واکنش شیمیایی آزاد می‌شود.
• انرژی تابشی یا نور: خورشید یکی از اصلی‌ترین منبع‌های انرژی نورانی است.
• انرژی صوتی: انرژی صوتی باعث شنیدن می‌شود. این شکل از انرژی به هنگام ایجاد ارتعاش در جسم تولید می‌شود.
• انرژی الکتریکی: انرژی الکتریکی یکی از پرمصرف‌ترین صورت‌های انرژی در زندگی روزمره است.
• انرژی هسته‌ای: به انرژی دخیره شده در هسته‌ اتم‌ها، انرژی هسته‌ای می‌گوییم.

برای آشنایی بیشتر با شکل‌های مختلف انرژی خواندن مطلب «انواع انرژی چیست ؟ — به زبان ساده» مفید خواهد بود.

تاکنون با تعریف تبدیل انرژی چیست آشنا شدیم. انسان برای داشتن زندگی راحت نیاز به انرژی دارد. اما برای انجام کارهای مختلف گاهی نیاز است از شکل‌های مختلف انرژی استفاده کند. در وسایلی که روزمره استفاده می‌کنیم به طور مرتب انرژی از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود.

تبدیل انرژی در وسایل خانه

انرژی الکتریکی و انرژی شیمیایی یکی از متداول‌ترین شکل‌های انرژی است که در همه خانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. انرژی الکتریکی به هنگام استفاده ممکن است به صورت‌های مختلف انرژی مانند انرژی جنبشی، صوتی، گرمایی و نورانی تبدیل شود.

فیلم آموزش علوم تجربی – پایه هفتم در فرادرس

کلیک کنید

تبدیل انرژی در اجاق گاز برقی

در ابتدا اجاق گاز را به برق می‌زنیم. پس از گذشت مدت زمان مشخصی، اگر به شعله‌های اجاق گاز دست بزنیم گرمای مطبوعی را احساس خواهیم کرد. در نتیجه، انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی تبدیل شده است. از این گرما برای پخت غذا استفاده می‌شود. سوالی که ممکن است مطرح شود آن است که آیا فقط انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی تبدیل شده است؟

هنگامی که به اجاق گاز دقت کنیم متوجه رنگ نارنجی شعله‌های آن خواهیم شد. در نتیجه، انرژی الکتریکی به انرژی نورانی نیز تبدیل شده است.

تبدیل انرژی در جارو برقی

هر وسیله الکتریکی در خانه به گونه‌ای طراحی شده است که صورتی از انرژی را به صورت دیگر تبدیل کند. به هنگام استفاده از جاروبرقی آیا به تبدیل انرژی در آن توجه کرده‌اید؟

در ابتدا جارو را به برق می‌زنید. در نتیجه، انرژی الکتریکی از طریق سیم برق به آن وارد می‌شود. جاروبرقی زباله‌ها را با قدرت مکش زیاد به درون خود خواهد کشید. در نتیجه، انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل شده است. اما آیا انرژی الکتریکی تنها به انرژی مکانیکی تبدیل شده است؟ پاسخ به این پرسش خیر است. روشن شدن جاروبرقی با صدای زیادی همراه است. در نتیجه، انرژی الکتریکی به انرژی صوتی نیز تبدیل شده است. همچنین، اگر پس از گذشت مدت زمانی از روشن شدن جاروبرقی به آن دست بزنید گرمای آن‌ را حس خواهید کرد. بنابراین، انرژی الکتریکی منتقل شده به جاروبرقی، علاوه بر انرژی مکانیکی و صوتی، به انرژی گرمایی نیز تبدیل شده است.

تبدیل انرژی در یخچال

در ابتدا یخچال را به برق می‌زنید. بنابراین انرژی الکتریکی از طریق پریز و سیم برق وارد آن خواهد شد. کمپرسورهای یخچال پس از تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، کار خواهند کرد. با به کار افتادن پمپ‌های یخچال، مقدار گرمای موجود در آن کاهش می‌یابد. اما در مقابل، مقدار گرمای خارج از یخچال افزایش خواهد یافت. انرژی‌های صوتی و گرمایی انرژی‌های اتلافی در یخچال هستند.

انرژی در یخچال به وجود نمی‌آید و از بین نمی‌رود، بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود.

برای اینکه به پرسش تبدیل انرژی چیست بهتر پاسخ دهیم، «فرادرس» اقدام به انتشار فیلم آموزش علوم تجربی - پایه هفتم کرده که لینک آن در ادامه آورده شده است.

• برای دیدن فیلم آموزش علوم تجربی - پایه هفتم + اینجا کلیک کنید. 

تبدیل انرژی در سشوار

به طور حتم برای خشک کردن موهایتان از سشوار استفاده کرده‌اید. آیا تاکنون به تبدیل انرژی در سشوار دقت کرده‌اید؟

در ابتدا سشوار را به برق می‌زنید. انرژی الکتریکی از طریق سیم برق به آن وارد و از طریق موتور چرخنده بسیار کوچکی به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. همچنین، مقداری از انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی و صوتی نیز تبدیل خواهد شد.

تبدیل انرژی در تلویزیون

تبدیل انرژی‌های گوناگونی در تلویزیون اتفاق می‌افتد. در ابتدا پریز آن را به برق می‌زنید. انرژی الکتریکی از طریق سیم به تلویزیون وارد و به انرژی‌های نورانی، گرمایی و صوتی تبدیل می‌شود. ذکر این نکته مهم است که به هنگام تبدیل انرژی در بیشتر اوقات، مقداری از انرژی اولیه به گرما تبدیل خواهد شد. بنابراین، هنگامی که تلویزیون روشن است، مقداری از انرژی الکتریکی ورودی، به صورت انرژی گرمایی وارد محیط اطراف می‌شود.

به هنگام تبدیل انرژی الکتریکی به دیگر صورت‌های انرژی، به خصوص گرمایی، خطراتی وجود خواهد داشت. به عنوان مثال، اگر انرژی گرمایی ایجاد شده در تلویزیون راه خروجی به محیط اطراف نداشته باشد، قطعه‌های داخلی آن آسیب خواهند دید. بنابراین، بیشتر وسیله‌های الکتریکی، سیستم خنککننده دارند.

تاکنون با تبدیل انرژی در برخی از وسایل مورد استفاده در خانه آشنا شدیم. اما نکته‌ مهم آن است که ما از تبدیل انرژی در همه جا استفاده می‌کنیم. با اطمینان می‌توان گفت تبدیل انرژی در تمام وسایل مورد استفاده رخ می‌دهد. به عنوان مثال، هر روز برای رفت‌وآمد به محل کار از وسیله نقلیه شخصی یا وسایل نقلیه عمومی استفاده می‌کنید. آیا می‌دانید چه تبدیل‌های انرژی در آن‌ها اتفاق می‌افتد؟

تبدیل انرژی در رادیو

هنگامی که رادیو را به برق می‌زنید، انرژی الکتریکی از طریق سیم به آن منتقل می‌شود. انرژی الکتریکی استفاده شده توسط رادیو به انرژی صوتی تبدیل خواهد شد.

تبدیل انرژی در ماشین

بیشتر ماشین‌ها برای حرکت به سوختی مانند بنزین نیاز دارند. انرژی ذخیره شده در بنزین از نوع انرژی شیمیایی است. موتور ماشین این انرژی شیمیایی در بنزین را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کند. انرژی گرمایی در ادامه به انرژی مکانیکی حرکتی تبدیل خواهد شد.

اما این تنها تبدیل انرژی در ماشین نیست. قسمتی از انرژی جنبشی به وسیله دینام ماشین به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. همچنین، قسمتی از انرژی الکتریکی به انرژی نورانی مورد استفاده در چراغ‌های ماشین تبدیل خواهد شد. اگر رادیوی ماشین را روشن کنید، به طور قطع صدای خواننده مورد علاقه‌تان را می‌شنوید. در نتیجه، قسمتی از انرژی الکتریکی به انرژی صوتی تبدیل شده است.

باتری ماشین مقدار زیادی انرژی الکتریکی در خود ذخیره کرده است. هنگام حرکت، مقداری از این انرژی الکتریکی ذخیره شده به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. در نتیجه، هنگامی که ماشین در حال حرکت است، صورت‌های مختلف انرژی به طور پیوسته به یکدیگر تبدیل خواهند شد.

آیا می‌دانید به هنگام ترمز کردن چه تبدیل انرژی اتفاق می‌افتد؟ در این هنگام انرژی جنبشی به انرژی گرمایی تبدیل خواهد شد. به هنگام ترمز، لاستیک‌ ماشین بر روی آسفالت کشیده و در اثر نیروی اصطکاک بین لاستیک‌ها و سطح زمین، گرما تولید می‌شود.

تبدیل انرژی در هواپیما

به هنگام بلند شدن هواپیما از زمین، انرژی شیمیایی ذخیره شده در سوخت (بنزین) به وسیله موتور به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود.

فیلم آموزش فیزیک پایه 1 – جامع و کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

با افزایش سرعت هواپیما، قسمتی از انرژی مکانیکی به انرژی جنبشی حرکتی تبدیل خواهد شد. همچنین، با افزایش ارتفاع هواپیما نسبت به سطح زمین، بخشی از انرژی مکانیکی به شکل انرژی پتانسیل گرانشی در خواهد آمد. به هنگام پرواز بخشی از انرژی به صورت گرما و صوت هدر می‌رود.

تبدیل انرژی در میکروفن

در میکروفن انرژی صوتی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود:

• به هنگام صحبت، انرژی صوتی به وسیله صدای ما به میکروفن منتقل می‌شود.  صدایی که می‌شنویم انرژی منتقل شده به وسیله ارتعاش مولکول‌های هوا است.
• داخل میکروفن، دیافراگم کوچکی قرار دارد. این وسیله پس از برخورد امواج صوتی به آن شروع به نوسان خواهد کرد.
• سیم‌پیچ متصل به دیافراگم به همراه آن شروع به نوسان می‌کند.
• آهن‌ربای دائمی متصل به سیم‌پیج، میدان مغناطیسی تولید می‌کند. همچنین حرکت نوسانی سیم‌پیج در میدان مغناطیسی سبب ایجاد جریان الکتریکی خواهد شد.
• در پایان، جریان الکتریکی از میکروفن به تقویت‌کننده یا ضبط صوت منتقل می‌شود.

تاکنون گفتیم که در روند تبدیل انرژی، تولید گرما یکی از بخش‌های اجتناب‌ناپذیر خواهد بود. اما آیا می‌توان از انرژی گرمایی برای تولید الکتریسیته استفاده کرد؟ پاسخ به این سوال، در ادامه مطلب آمده است.

تبدیل انرژی گرمایی به الکتریکی

در وسیله‌ای به نام ژنراتور ترموالکتریک انرژی گرمایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. به راحتی می‌توانید این وسیله کوچک را در منزل بسازید.

بازدهی ژنراتورهای ترموالکتریکی در حدود پنج درصد است. اما این جمله به چه معنا است؟  بازدهی به صورت نسبت کار انجام شده به گرمای منتقل شده از منبع داغ (لیوان آب داغ) تعریف می‌شود.

$$e = \frac{W}{Q_H}$$

فرض کنید در حدود ۱۰۰۰ ژول انرژی در ثانیه از منبع داغ به ژنراتور منتقل می‌شود. در حدود پنج درصد این مقدار انرژی به کار مفید تبدیل می‌شود. بنابراین در حدود ۵۰ ژول از انرژی گرمایی ورودی به انرژی الکتریکی برای چرخاندن موتور استفاده خواهد شد. اما در حدود 950 ژول انرژی به صورت انرژی گرمایی به محیط یا به لیوان آب سرد منتقل می‌شود.

تبدیل انرژی در کرم شب تاب

کرم‌های شب‌تاب موجودات بسیار کوچک و ساده‌ای به نظر می‌رسند، اما هیچ دانشمندی نتوانسته است نوری مانند نور تولید شده توسط این موجود تولید کند. منشا نور تولید شده در کرم‌های شب‌تاب نوعی واکنش شیمیایی با بازدهی بسیار بالا و در حدود ۹۰ درصد است. تقریباً تمام انرژی حاصل از واکنش شیمیایی به انرژی نورانی تبدیل می‌شود.

فیلم آموزش فیزیک پایه 1 – مرور و حل تست در فرادرس

کلیک کنید

مثال‌ های دیگر تبدیل انرژی چیست ؟

اکنون می‌توانیم به پرسش تبدیل انرژی چیست پاسخ دهیم. در ادامه مثال‌های دیگری از تبدیل انرژی به صورت پرسش‌های چند‌گزینه‌ای مطرح خواهد شد.

مثال ۱: پس از مصرف غذا چه نوع انرژی به بدن شما منتقل می‌شود؟

1. گرمایی
2. صوتی
3. شیمیایی
4. الکتریکی

پاسخ: گزینه ۳، انرژی شیمیایی.

مثال ۲: در تبدیل‌های صورت‌های مختلف انرژی، چه شکلی از انرژی همیشه وجود خواهد داشت؟

1. پتانسیل
2. صوتی
3. تابشی
4. گرمایی

پاسخ: گزینه ۴، انرژی گرمایی.

مثال ۳: چه نوع انرژی در باتری ذخیره شده است؟

1. انرژی پتانسیل الاستیکی
2. انرژی پتانسیل گرانشی
3. انرژی پتانسیل شیمیایی
4. انرژی جنبشی

پاسخ: گزینه ۳، انرژی پتانسل شیمیایی.

مثال ۴: هنگامی که چراغ دستی را روشن می‌کنیم، چه تبدیل انرژی در آن رخ خواهد داد؟

1. انرژی گرمایی - انرژی مغناطیسی - انرژی نورانی
2. انرژی شیمیایی - انرژی مغناطیسی - انرژی نورانی
3. انرژی شیمیایی - انرژی الکتریکی - انرژی نورانی
4. انرژی مکانیکی - انرژی الکتریکی - انرژی نورانی

پاسخ: گزینه ۳، در چراغ‌های دستی از باتری‌های قلمی کوچکی استفاده شده است. بنابراین انرژی الکتریکی ابتدا به صورت انرژی شیمیایی در این باتری‌ها ذخیره شده است.

مثال ۵: هنگامی که باک ماشین را از بنزین پر می‌کنیم، چه تبدیل انرژی اتفاق می‌افتد؟

1. انرژی گرمایی به انرژی الکتریکی
2. انرژی مکانیکی به الکتریکی
3. انرژی شیمیایی به مکانیکی
4. انرژی مکانیکی به الکترومغناطیسی

پاسخ: گزینه ۳، انرژی شیمیایی به مکانیکی.

مثال ۶: در باتری چه تبدیل انرژی رخ می‌دهد؟

1. صوتی به جنبشی
2. نورانی به گرمایی
3. مکانیکی به الکتریکی
4. شیمیایی به الکتریکی

پاسخ: گزینه ۴، شیمیایی به الکتریکی.

مثال ۷: در کدام یک از فعالیت‌های زیر انرژی شیمیایی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود؟

1. دویدن
2. سوختن شمع
3. چرخش آسیاب‌بادی
4. نواختن ویولن

پاسخ: گزینه ۱، دویدن.

مثال ۸: دانش‌آموزی از طریق پخش‌کننده موسیقی دیجیتال به آهنگ‌های موردعلاقه‌اش گوش می‌دهد. چه تبدیل انرژی در پخش‌کننده موسیقی اتفاق می‌افتد؟

1. انرژی مکانیکی به شیمیایی و الکتریکی
2. انرژی شیمیایی به صوتی و الکتریکی
3. انرژی شیمیایی به الکتریکی و صوتی
4. انرژی الکتریکی به گرمایی و سوتی

پاسخ: گزینه ۳، انرژی شیمیایی به الکتریکی و صوتی.

مثال 9: انرژی خورشید می‌تواند به انرژی مورد نیاز برای رشد درخت تبدیل شود. چه تبدیل انرژی در اینجا اتفاق افتاده است؟

1. الکترومغناطیسی به مکانیکی
2. پتانسیل به جنبشی
3. نورانی به شیمیایی
4. هسته‌ای به گرمایی

پاسخ: گزینه ۳، نورانی به شیمیایی.

مثال ۱۰: هنگامی که فیلی در صحرای آفریقا راه می‌رود، چه تبدیل انرژی اتفاق می‌افتد؟

1. گرمایی به شیمیایی و مکانیکی
2. مکانیکی به شیمیایی و گرمایی
3. تابشی به شیمیایی و مکانیکی
4. شیمیایی به مکانیکی و گرمایی

پاسخ: گزینه ۴، شیمیایی به مکانیکی و گرمایی.

مثال ۱۱: در کدام‌یک از وسایل زیر انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود؟

1. کتاب‌خوان الکترونیکی
2. پنکه
3. آیپاد
4. مدادتراش

پاسخ: گزینه ۲، پنکه.

مثال ۱۲: افراد، انرژی لازم در طی روز را از خوردن غذاهای مختلف به دست می‌آورند. هنگامی که کف دستان خود را به هم می‌مالید چه تبدیل انرژی اتفاق می‌افتد؟

1. مکانیکی به گرمایی و الکتریکی
2. شیمیایی به مکانیکی و صوتی
3. مکانیکی به شیمیایی و صوتی
4. شیمیایی به صوتی و الکتریکی

پاسخ: گزینه ۲، شیمیایی به مکانیکی و گرمایی.

مثال ۱۳: کدام‌یک از گزینه‌های زیر نشان‌دهنده تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریکی و نورانی است؟

1. رعدوبرق در شب
2. سوختن شمع در اتاق تاریک
3. روشن شدن اتاق تاریک به وسیله آتش شومینه
4. روشن شدن چراغ دستی

پاسخ: گزینه ۴، روشن شدن چراغ دستی.

مثال ۱۳: هنگامی که از بالای سرسره به پایین سر می‌خورید، چه تبدیل انرژی رخ داده است؟

1. جنبشی به گرمایی
2. جنبشی به پتانسیل
3. پتانسیل به جنبشی
4. شیمیایی به جنبشی

پاسخ: گزینه ۳، شیمیایی به جنبشی.

مثال ۱۴: هنگامی که آونگی از بالاترین موقعیت به پایین‌ترین موقعیت خود می‌آیدِ چه اتفاقی برای انرژی جنبشی و شیمیایی آن می‌افتد؟

1. هر دو انرژی پتانسیل و شیمیایی کاهش می‌یابند.
2. انرژی پتانسیل کاهش و انرژی جنبشی افزایش می‌یابد.
3. انرژی جنبشی کاهش و انرژی پتانسیل افزایش می‌یابد.
4. هر دو انرژی پتانسیل و جنبشی افزایش می‌یابند.

پاسخ: گزینه ۲، انرژی پتانسیل کاهش و انرژی جنبشی افزایش می‌یابد.

معرفی فیلم آموزش علوم تجربی - پایه هفتم

مجموعه فرادرس در تولید و محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش علوم تجربی - پایه هفتم برای دانش‌آموزان پایه هفتم کرده که این مجموعه آموزشی از پانزده تشکیل شده است.

در این مطلب در مورد تبدیل انرژی صحبت کردیم. برای آشنایی بیشتر با این مبحث، تماشای درس هشتم این مجموعه آموزشی توصیه می‌شود. در درس هشتم، مبحث انرژی و تبدیل‌های آن تدریس شده است. در این درس با انواع تبدیل انرژی در وسابل خانه آشنا و فرآیند تبدیل انرژی را می‌آموزید. همچنین، با مفهوم پایستگی انرژی و کاربرد آن در زندگی روزمره آشنا خواهید شد.

• برای دیدن فیلم آموزش علوم تجربی - پایه هفتم + اینجا کلیک کنید. 

جمع‌بندی

انرژی در همه ابعاد زندگی ما و به شکل‌های مختلفی استفاده می‌شود. در این مطلب به پرسش تبدیل انرژی چیست پاسخ دادیم. همچنین، در این مطلب از مجله فرادرس آموختیم که انرژی از بین نمی‌رود و به‌وجود نمی‌آید بلکه از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. در پایان، با انواع تبدیل‌ انرژی در وسایل خانگی، ماشین و اتومبیل آشنا شدیم. خلاصه‌ای از مهم‌ترین تبدیل‌های انرژی در زندگی روزمره در جدول زیر ارائه شده است:

ذکر این نکته مهم است که انرژی گرمایی در همه تبدیل‌های انرژی وجود خواهد داشت.