www.trirung.com

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพลังงาน

รูปแบบและหน่วยวัดของพลังงาน

พลังงาน คือ สิ่งที่ทำให้สิ่งต่างๆเคลื่อนที่ได้ ถ้าไม่มีพลังงาน ก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้น สิ่งใดก็ตามที่เคลื่อนไหว เติบโต หรือทำงานในทางใดทางหนึ่ง ย่อมมีพลังงาน
ความร้อนเป็นพลังงานอย่างหนึ่ง เราอาจมองไม่เห็นความร้อนเคลื่อนที่แต่ความร้อนทำให้โมเลกุล เคลื่อนที่เร็วขึ้น
พลังงานอาจถูกเก็บไว้ได้ เช่น พลังงานอยู่ในก้อนถ่านหิน ในกล่องไม้ขีดไฟ หรือในผลแอปเปิล
พลังงานที่ถูกเก็บไว้สามารถนำมาใช้ได้ พลังงานสามารถเปลี่ยนแปลงได้ แต่ไม่สามารถถูกทำลายได้ เพียงแต่ถูกเปลี่ยนจากรูปหนึ่งไปอีกรูปหนึ่ง พลังงานสามารถถูกใช้ได้แต่จะใช้ให้หมดไปไม่ได้ พลังงานมีหน่วยวัดเป็นจูล (Joules) หรือกิโลวัตต์-ชั่วโมง อาจกล่าวได้อีกอย่างว่าพลังหรือกำลัง คือ อัตราที่พลังงานถูกใช้ อัตรากำลังมีหน่วยเป็นวัตต์ หรือ กิโลวัตต์

พลังงานมีหลายชนิด ได้แก่ พลังงานศักย์ พลังงานจลน์ พลังงานเคมี พลังงานความร้อน พลังงานเสียง พลังงานแสงหรือรังสี พลังงานไฟฟ้า เป็นต้น

พลังงานศักย์
เป็นพลังงานที่สะสมไว้ในสิ่งต่างๆ เนื่องจากที่ตั้งของสิ่งนั้น หรือเพราะสิ่งนั้นถูกกระทำโดยสิ่งอื่น เช่น พลังงานในสิ่งของหนักที่ถูกยกขึ้น พลังงานใน(ลวดสปริง) ลานนาฬิกา พลังงานในคันธนูที่ถูกโก่ง พลังงานในอ่างน้ำที่อยู่สูง เป็นต้น

พลังงานจลน์
เป็นพลังงานของการเคลื่อนไหว ตัวอย่างเช่น พลังงานในขบวนรถไฟด่วน พลังงานในลม พลังงานในคลื่น เป็นต้น

พลังงานเคมี
เป็นพลังงานที่สะสมไว้ที่สามารถจะปล่อยออกมา โดยปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่างเช่น พลังงานในขนมชอกโกแลต พลังงานในกองฟืน พลังงานในถังน้ำมัน พลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่

พลังงานความร้อน
เป็นพลังงานที่ทำให้โมเลกุลเคลื่อนไหวเร็วขึ้น ตัวอย่างเช่น พลังงานในเปลวไฟ พลังงานที่เสียออกไปจากจอคอมพิวเตอร์ พลังงานในของเหลวร้อนใต้พื้นพิภพ พลังงานในน้ำในหม้อต้มน้ำ เป็นต้น

เสียง
เป็นพลังงานที่ถูกส่งไปได้ โดยการสั่นสะเทือนของอากาศ น้ำ และวัตถุ ตัวอย่างเช่น พลังงานที่เกิดในเส้นลวดของกีตาร์ พลังงานในเสียง พูด พลังงานในฟ้าร้อง พลังงานในเสียงเรียกของปลาวาฬ เป็นต้น

รังสี
เป็นพลังงานที่ถูกส่งไปได้โดยคลื่นของพลังงานที่ประกอบด้วยโฟตอน (Photon) ตัวอย่างเช่น พลังงานที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ พลังงานจากเสาส่งสัญญาณทีวี พลังงานจากหลอดไฟ พลังงานจากเตาไมโครเวฟ พลังงานจากเลเซอร์ที่ใช้อ่านแผ่นซีดี เป็นต้น

ไฟฟ้า
เป็นพลังงานที่ถูกส่งไปได้โดยอีเลคตรอนในเส้นลวดหรือตัวนำอื่น ตัวอย่างเช่น พลังงานที่เกิดจากการผ่านขดลวดไปในสนามแม่เหล็ก พลังงานที่ใช้ขับเครื่องคอมพิวเตอร์ พลังงานที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ พลังงานที่ได้จากกังหันลม เป็นต้น

หน่วยวัดพลังงาน

จากตาราง แสดงหน่วยวัดพลังงานรูปแบบต่างๆในระบบ SI ที่นิยมใช้ทั่วไป และข้างล่างนี้จะแสดงความสัมพันธ์ระหว่างหน่วย SI ที่ไม่ค่อยคุ้นเคยเทียบกับหน่วยที่เคยใช้กันมา

หน่วยในระบบ SI ที่เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงาน

หน่วยของแรง N = 1.01972 x 10 ^–1 kg _f 1 กิโลกรัมน้ำหนัก (kg _f , kg ) = 9.80605 N

หน่วยของปริมาณความร้อน หน่วยของความร้อนในระบบ SI เป็นจูล แต่จะใช้หน่วยแคลอรี่ (cal ) ไปก่อนได้ 1 cal คือปริมาณความร้อนที่ใช้ในการทำให้น้ำ 1 g มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 8C ในสภาพความดันมาตรฐาน

1 kcal = 4.186 kJ = 3.968 B.T.U

= 1/860 kWh = 427 kg _f . m

การใช้พลังงานเพื่อให้เกิดงานและกำลังงาน

พลังงาน : พลังงานวัดได้จาก พลัง x เวลา มีหน่วยวัดเป็นจูล (Joule) เขียนย่อด้วย J Joule เป็นหน่วยวัดที่เล็กมาก ถ้าแรง 1 นิวตันเคลื่อนไปเป็นระยะทาง 1 เมตร เรียกว่าได้งาน 1 จูล จูลเป็นหน่วยวัดงาน อะไรที่ทำงานได้ย่อมมีพลังงานดังนั้นจูลจึงเป็นหน่วยวัดพลังงาน เช่น เราต้องใช้พลังงาน 1 จูลในการยกถุงน้ำตาล 1 กิโลกรัม ขึ้นสูง 10 เซนติเมตร พลังงานไฟฟ้าปกติจะวัดเป็น วัตต์ - ชั่วโมง หรือ กิโลวัตต์ - ชั่วโมง ( kWh) ทั้งนี้เพราะจูลเป็นหน่วยเล็กเกินไปสำหรับวัดพลังงานไฟฟ้า โดย1 kWh = 3.6 ล้านจูล (3.6 MJ)

กำลังหรือพลัง : พลังมีหน่วยวัดเป็นวัตต์ (Watt) เรียกตามชื่อวิศวกรที่ชื่อ เจมส์ วัตต์ (James Watt) ซึ่งเป็นผู้ผลิตเครื่องจักรไอน้ำได้สำเร็จ วัตต์ เป็นหน่วยวัดกำลังที่มีค่าเท่ากับพลังงาน 1 จูล ถูกส่งไปเป็นเวลา 1 วินาที เนื่องจากวัตต์เป็นหน่วยที่เล็กมาก พลังจึงนิยมวัดกันเป็นกิโลวัตต์ โดย 1 kW = 1000 W ความสัมพันธ์ของงานกับกำลังงานนิยมพิจารณาในรูปของกำลังม้า (Hose Power : HP) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับกำลังไฟฟ้า (วัตต์) คือ 746 วัตต์ (Watt) = 1แรงม้า (HP)

ต้นทุนทางด้านพลังงาน (Energy cost)

ค่าใช้จ่ายพลังงานเป็นต้นทุนอย่างหนึ่งของอาคารและอาคารอุตสาหกรรมทุกประเภท ถึงแม้ว่าค่าใช้จ่ายพลังงานจะมีสัดส่วนไม่มากเมื่อเปรียบเทียบกับค่าใช้จ่ายด้านอื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นค่าบุคลากร ค่าวัตถุดิบและค่าการตลาด แต่การลดค่าใช้จ่ายพลังงานจะช่วยเพิ่มกำไรให้แก่อาคารและอาคารได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปัจจุบันการแข่งขันทางธุรกิจมีความรุนแรงมากขึ้นในขณะที่ค่าบุคลากร วัตถุดิบ เป็นต้นทุนที่ควบคุมได้ยากขึ้นทุกที ทำให้การลดค่าใช้จ่ายพลังงานได้รับความสนใจจากเจ้าของอาคาร/อาคารมากขึ้น

แหล่งพลังงานคือสิ่งที่สามารถให้พลังงานออกมาได้ เช่น เชื้อเพลิง แสงอาทิตย์ ความร้อนใต้พิภพ ลม คลื่นหรือความดันน้ำ เชื้อเพลิงหลักที่นิยมใช้กัน ได้แก่ ถ่านหิน ของเสียจากที่อยู่อาศัย ก๊าซเชื้อเพลิง วัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตร น้ำมันเชื้อเพลิงของเสียจากสัตว์ ไม้ นิวเคลียร์ เชื้อเพลิงทุกชนิดที่ใช้ในการเผาไหม้ จะมีปริมาณพลังงานค่าหนึ่งอยู่ภายใน

ค่าความร้อน ค่านี้เรียกว่าค่าความร้อน (Calorific Value) และจะวัดในหน่วยของพลังงานต่อน้ำหนัก หรือปริมาตรของเชื้อเพลิง เช่น กิกะจูล/ตันของถ่านหิน หรือ เมกะจูล/ลิตรของน้ำมันดีเซล

เชื้อเพลิงชนิดต่าง ๆ จะมีหน่วยวัดทางกายภาพที่แตกต่างกัน เช่น ถ่านหินมีหน่วยวัดเป็นตัน ก๊าซธรรมชาติมีหน่วยวัดเป็นลูกบาศก์ฟุต เป็นต้น ซึ่งเป็นการยากที่จะบอกได้ว่าเชื้อเพลิงแต่ละชนิดมีปริมาณพลังงานอยู่ในตัวเท่าไร ดังนั้น จึงสามารถเปรียบเทียบปริมาณพลังงานที่มีอยู่ในเชื้อเพลิงแต่ละชนิดได้ด้วยค่าความร้อน

ค่าความร้อนโดยทั่วไปของเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ

เชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ

***หมายเหตุ บทความนี้ถูกเขียนขึ้นเพื่อเป็นแนวทางในการศึกษามิได้แสวงหาผลประโยชน์แต่ประการใด