שינויים

בפיזיקה ותחומי מדע נוספים  '''אנרגיה''' (Energy) היא כמות פיזיקלית סקלארית שהיא תכונה של אובייקטים ושל מערכות בטבע. מקור המילה הוא במילה "אנרגוס" ביוונית שפרושה "פעיל, עבודה".

בפיזיקה ותחומי מדע נוספים  '''אנרגיה''' (באנגלית: '''Energy''') היא כמות פיזיקלית סקלרית שהיא תכונה של אובייקטים ושל מערכות בטבע. מקור המילה הוא במילה "אנרגוס" ביוונית שפרושה "פעיל, עבודה".

יש מספר צורות של אנרגיה. כדי להסביר את כל התופעות הטבעיות הידועות לנו הוגדרו הצורות הבאות: אנרגיה קינטית (אנרגיית תנועה), אנרגיה פוטנציאלית, אנרגיה תרמית (הקשורה בחום), אנרגיית כבידה, אנרגיה אלסטית, אנרגיה אלקטרומגנטית, אנרגיה כימית, אנרגיה חשמלית ואנרגיית מאסה.  

יש מספר צורות של אנרגיה. כדי להסביר את כל התופעות הטבעיות הידועות לנו הוגדרו הצורות הבאות: אנרגיה קינטית (אנרגיית תנועה), אנרגיה פוטנציאלית, אנרגיה תרמית (הקשורה בחום), אנרגיית כבידה, אנרגיה אלסטית, אנרגיה אלקטרומגנטית, אנרגיה כימית, אנרגיה חשמלית ואנרגיית מאסה.  

* אנרגיה אלסטית

* אנרגיה אלסטית

* אנרגיית קול

* אנרגיית קול

* אנרגיה מכאנית

* אנרגיה מכנית

* מסה - לפי תורת היחסות של [[אלברט איינשטיין]] ניתן להמיר מסה ולקבל כמות גבוהה של אנרגיה בתהליך ההמרה (או להפך - להמיר כמות גדולה של אנרגיה ולקבל מעט מסה).

* מסה - לפי תורת היחסות של [[אלברט איינשטיין]] ניתן להמיר מסה ולקבל כמות גבוהה של אנרגיה בתהליך ההמרה (או להפך - להמיר כמות גדולה של אנרגיה ולקבל מעט מסה).

לפי החוק הראשון של התרמודינמיקה, מערכת סגורה לא מאבדת אנרגיה - כלומר כמות האנרגיה הכוללת במערכת נשמרת. (וזאת בהנחה שאין המרה של מסה לאנרגיה). עם זאת לפי החוק השני של התרמודינמיקה, האקסרגיה - כמות האנרגיה המועילה שניתן לרתום לביצוע של עבודה, הולכת ודועכת בצורה ספונטית - לדוגמה אנרגיה מכאנית של גלגול כדור הופכת לאנרגיית קול ולאנרגיית חום (חיכוך) בצורה ספונטנית. כמות האנרגיה הכוללת נשמרת אבל את אנרגיית הקול ואת החיכוך מהכדור שפגע בקרקע לא ניתן לתרגם חזרה לאנרגיה שתניע את הכדור.  

לפי החוק הראשון של התרמודינמיקה, מערכת סגורה לא מאבדת אנרגיה - כלומר כמות האנרגיה הכוללת במערכת נשמרת. (וזאת בהנחה שאין המרה של מסה לאנרגיה). עם זאת לפי החוק השני של התרמודינמיקה, האקסרגיה - כמות האנרגיה המועילה שניתן לרתום לביצוע של עבודה, הולכת ודועכת בצורה ספונטנית - לדוגמה אנרגיה מכנית של גלגול כדור הופכת לאנרגיית קול ולאנרגיית חום (חיכוך) בצורה ספונטנית. כמות האנרגיה הכוללת נשמרת אבל את אנרגיית הקול ואת החיכוך מהכדור שפגע בקרקע לא ניתן לתרגם חזרה לאנרגיה שתניע את הכדור.  

ניתן להמיר אנרגיה מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת של אנרגיה, בדרגות שונות של יעילות. לפי [[החוק השני של התרמודינמיקה]] תמיד יעילות זו תהיה קטנה מ-1, כלומר למרות שכמות האנרגיה הכוללת תישאר באותה כמות. כמות ה[[אקסרגיה]], האנרגיה שניתן לרתום אותה לצורכי עבודה (פיזיקלית), תהיה תמיד קטנה יותר וחלק מהאנרגיה יומר ל[[אנרגיית חום]] שלא ניתן יהיה לרתום אותה לעבודה.

ניתן להמיר אנרגיה מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת של אנרגיה, בדרגות שונות של יעילות. לפי [[החוק השני של התרמודינמיקה]] תמיד יעילות זו תהיה קטנה מ-1, כלומר למרות שכמות האנרגיה הכוללת תישאר באותה כמות. כמות ה[[אקסרגיה]], האנרגיה שניתן לרתום אותה לצורכי עבודה (פיזיקלית), תהיה תמיד קטנה יותר וחלק מהאנרגיה יומר ל[[אנרגיית חום]] שלא ניתן יהיה לרתום אותה לעבודה.

קיימות השפעות רבות של שיקולים אנרגטיים בביולוגיה - החל בתפקודים של מבנים ברמה התאית, עבור בתפקוד של רקמות ויצורים חיים וכלה בתפקוד של מערכות אקולוגיות שלמות.  

קיימות השפעות רבות של שיקולים אנרגטיים בביולוגיה - החל בתפקודים של מבנים ברמה התאית, עבור בתפקוד של רקמות ויצורים חיים וכלה בתפקוד של מערכות אקולוגיות שלמות.  

בגלל החוק השני של התרמודינמיקה, ללא מקור כלשהו של אנרגיה יש נטיה ספוטנית להגיע לפתרון הומוגני. לדוגמה אם נערב שתי תמיסות הן באופו ספוטני יתערבבו ליצירת תמיסה נוספת ולא ישארו נפרדות ולא יפרדו באופן ספונטני.  

בגלל החוק השני של התרמודינמיקה, ללא מקור כלשהו של אנרגיה יש נטייה ספונטנית להגיע לפתרון הומוגני. לדוגמה אם נערב שתי תמיסות הן באופו ספונטני יתערבבו ליצירת תמיסה נוספת ולא ישארו נפרדות ולא יפרדו באופן ספונטני.  

כבר בשנת 1886 טען הפיזיקאי לודוויג בולצמן כי המאבק בין היצורים החיים הוא על [[אקסרגיה]] ועל הורדת [[אנטרופיה]].  בשנת 1944 כתב ארווין שרדינגר (Erwin Schrödinger) ספר בשם "מהם החיים?" (What is Life?) שבו ניסה לקשור בין תהליכים ביולוגיים לבין פיזיקה וכימיה. במבט ראשון, נראה כי היצורים החיים מפרים את החוק השני של התרמודינמיקה משום שהם מצליחים לייצר סדר ומערכות מורכבות מתוך אי הסדר. לדוגמה, הצמחים הם מבנה מסודר מאוד אשר מסונתזים מתוך מולקולות ואטומים בלתי מסודרים סביבם.  

כבר בשנת 1886 טען הפיזיקאי לודוויג בולצמן כי המאבק בין היצורים החיים הוא על [[אקסרגיה]] ועל הורדת [[אנטרופיה]].  בשנת 1944 כתב ארווין שרדינגר (Erwin Schrödinger) ספר בשם "מהם החיים?" (What is Life?) שבו ניסה לקשור בין תהליכים ביולוגיים לבין פיזיקה וכימיה. במבט ראשון, נראה כי היצורים החיים מפרים את החוק השני של התרמודינמיקה משום שהם מצליחים לייצר סדר ומערכות מורכבות מתוך אי הסדר. לדוגמה, הצמחים הם מבנה מסודר מאוד אשר מסונתזים מתוך מולקולות ואטומים בלתי מסודרים סביבם.  

הפתרון לפרדוקס לכאורה זה הוא שהחיים נמצאים בתוך שטף של אנרגיה שמקורו בשמש. אנרגיה זו מנוצלת בצורה ישירה ( [[ייצור ראשוני]] על ידי צמחים , פלנקטון צמחי) או בצורה עקיפה - בעלי חיים שאוכלים צמחים או בעלי חיים אחרים. היצורים החיים נשארים בחיים ומשמרים מצב פנימי בעל סדר גבוה על ידי לקיחת אנרגיה חופשית (אקסרגיה) מהחוץ. לכן ניתן להסתכל על החיים (כיחידים או כקבוצה) כעל [[מבנה מפזר]] ששומר על סדר פנימי באמצעות ייצור אנטרופיה גבוה יותר במערכת הגדולה יותר שמקיפה אותו.

הפתרון לפרדוקס לכאורה זה הוא שהחיים נמצאים בתוך שטף של אנרגיה שמקורו בשמש. אנרגיה זו מנוצלת בצורה ישירה ( [[ייצור ראשוני]] על ידי צמחים, פלנקטון צמחי) או בצורה עקיפה - בעלי חיים שאוכלים צמחים או בעלי חיים אחרים. היצורים החיים נשארים בחיים ומשמרים מצב פנימי בעל סדר גבוה על ידי לקיחת אנרגיה חופשית (אקסרגיה) מהחוץ. לכן ניתן להסתכל על החיים (כיחידים או כקבוצה) כעל [[מבנה מפזר]] ששומר על סדר פנימי באמצעות ייצור אנטרופיה גבוה יותר במערכת הגדולה יותר שמקיפה אותו.

תנאי הכרחי לקיומה של [[מערכת אקולוגית]] הוא זרימה של [[אקסרגיה]] שנובעת מחוץ לגבולות המערכת כדי לספק אנרגיה ל[[ייצור ראשוני|יצרנים הראשוניים]]. ברוב המערכות האקולוגיות מקור האקסרגיה החיצוני הוא [[אנרגיה סולארית|אנרגיית שמש]]. יש מספר קטן של מערכות אקולוגיות במעמקי הים הבנויות סביב ארובות של מים חמים המתחממים כתוצאה מ[[אנרגיה גאותרמית]]. האנרגיה יוצאת מהמערכת האקולוגית בצורה של חום, בהתאם ל[[חוק השני של התרמודינמיקה]].

תנאי הכרחי לקיומה של [[מערכת אקולוגית]] הוא זרימה של [[אקסרגיה]] שנובעת מחוץ לגבולות המערכת כדי לספק אנרגיה ל[[ייצור ראשוני|יצרנים הראשוניים]]. ברוב המערכות האקולוגיות מקור האקסרגיה החיצוני הוא [[אנרגיה סולארית|אנרגיית שמש]]. יש מספר קטן של מערכות אקולוגיות במעמקי הים הבנויות סביב ארובות של מים חמים המתחממים כתוצאה מ[[אנרגיה גאותרמית]]. האנרגיה יוצאת מהמערכת האקולוגית בצורה של חום, בהתאם ל[[חוק השני של התרמודינמיקה]].

* [[המהפכה התעשייתית]] ששמה הנכון יותר הוא מהפכת [[דלק מחצבי|הדלקים המחצביים]] -היות והיא לא הייתה רק המצאה של כלים ומוכנות חדשים, אלא בעיקר היכולת לרתום מקור אנרגיה מאד מרוכז, נוח וזול מאד. מקור זה היה כל כך זול שהוא איפשר לנו לעשות דברים תקדימיים. הדבר דומה לכך "זכינו בלוטו האנרגטי". בעוד מקודם היינו צריכים להסתפק ב"אור שמש מיד שנייה" היה לנו כעת "אור שמש עתיק". זו הצטברה במשך מיליוני שנים, אבל כעת יכולנו לנצל אותה במהלך כמה עשורים.  

* [[המהפכה התעשייתית]] ששמה הנכון יותר הוא מהפכת [[דלק מחצבי|הדלקים המחצביים]] -היות והיא לא הייתה רק המצאה של כלים ומוכנות חדשים, אלא בעיקר היכולת לרתום מקור אנרגיה מאד מרוכז, נוח וזול מאד. מקור זה היה כל כך זול שהוא איפשר לנו לעשות דברים תקדימיים. הדבר דומה לכך "זכינו בלוטו האנרגטי". בעוד מקודם היינו צריכים להסתפק ב"אור שמש מיד שנייה" היה לנו כעת "אור שמש עתיק". זו הצטברה במשך מיליוני שנים, אבל כעת יכולנו לנצל אותה במהלך כמה עשורים.  

* כלים שיש להם "חיים" משל עצמם - באמצעות האנרגיה המרוכזת מאד שמצאנו יכולנו להמציא מכונות - סוג של כלים שיש להם "חיים" משל עצמם. המכונות הראשונות השתמשו באנרגיה של בעלי חיים, רוח ומים. המכונות החדשות יותר יכלו אפילו לשאת עימן את מקור הכוח שלהן (לדוגמה קטרים, מכוניות, גנרטורים וכו').  בני האדם הראשונים שראו מכונות שנעות בכוח עצמן הסתכלו עליהן בשילוב של פחד ותדהמה. מאז אנחנו עדיין מתייחסים אליהן כאל סוג של קסם, שמסוגל לספק מוצרים ולפתור בעיות. הדבר הזה יוצר אופטימיזם טכנולוגי וסגידה לטכנולוגיה.  

* כלים שיש להם "חיים" משל עצמם - באמצעות האנרגיה המרוכזת מאד שמצאנו יכולנו להמציא מכונות - סוג של כלים שיש להם "חיים" משל עצמם. המכונות הראשונות השתמשו באנרגיה של בעלי חיים, רוח ומים. המכונות החדשות יותר יכלו אפילו לשאת עימן את מקור הכוח שלהן (לדוגמה קטרים, מכוניות, גנרטורים וכו').  בני האדם הראשונים שראו מכונות שנעות בכוח עצמן הסתכלו עליהן בשילוב של פחד ותדהמה. מאז אנחנו עדיין מתייחסים אליהן כאל סוג של קסם, שמסוגל לספק מוצרים ולפתור בעיות. הדבר הזה יוצר אופטימיזם טכנולוגי וסגידה לטכנולוגיה.  

* כלים עם "מחשבה" משל עצמם - כלים שיש להם רגולציה עצמית (cybemetics), וכלים מונעים לביצוע חישובים - מחשבים. הם הופכים קטנים וזולים יותר, ומצד שני הם גם הופכים פולשניים יותר, הם עוקבים אחרינו. עם הזמן אנחנו מקדישים יותר ויותר זמן בתחזוקה ובטיפול בכלים ובמכונות.  

* כלים עם "מחשבה" משל עצמם - כלים שיש להם רגולציה עצמית (Cybemetics), וכלים מונעים לביצוע חישובים - מחשבים. הם הופכים קטנים וזולים יותר, ומצד שני הם גם הופכים פולשניים יותר, הם עוקבים אחרינו. עם הזמן אנחנו מקדישים יותר ויותר זמן בתחזוקה ובטיפול בכלים ובמכונות.  

עם הזמן ובעקבות כל מהפכה כזו כמות האנרגיה לנפש עלתה. היא גדלה מאד בין בעקבות המהפכה החקלאית לפני אלפי שנים, אבל לאחר המהפכה התעשייתית ואחריה היא גדלה בהרבה. בדומה לגידול מעריכי.  

עם הזמן ובעקבות כל מהפכה כזו כמות האנרגיה לנפש עלתה. היא גדלה מאד בין בעקבות המהפכה החקלאית לפני אלפי שנים, אבל לאחר המהפכה התעשייתית ואחריה היא גדלה בהרבה. בדומה לגידול מעריכי.  

===אנרגיה כבסיס כלכלי===

===אנרגיה כבסיס כלכלי===

כדי לקבל מושג על חשיבות האנרגיה ו[[דלק מחבצי|הדלק המחצבי]] לחברה המודרנית ניתן להשוות בין תכולת האנרגיה שיש בפעילות אנושית לבין הניצול של אנרגיה ממקורות חיצוניים. חישוב גס מראה כי 7.7 טונות של שווי ערך אנרגטי לנפט שצורך אזרח מארצות הברית בשנה, (לעומת 0.25 טונות של אזרח מסנגל) דומים לצריכת המזון השנתית של כ-400 בני אדם. דבר זה מייצג "עבדי אנרגיה" שעובדים עבור אדם מודרני בחברה מתועשת. דרך אחרת להסתכל על זה היא מזווית כלכלית. חבית אחת של נפט מייצג אנרגיה של  25 אלף שעות עבודה של אדם, כלומר כ-14 אנשים שעובדים במשך שנה בתקני עבודה רגילים. אפילו אם מחירי הנפט הם כמה מאות דולרים לחבית זה מחיר זול מאד ביחס לעבודה אנושית. {{הערה|שם=Wake Up |[http://unctad.org/en/PublicationsLibrary/ditcted2012d3_en.pdf Trade and Environment review 2013 - Wake Up Before Its Too Late] UNCTAD, עמ' 68}}

כדי לקבל מושג על חשיבות האנרגיה ו[[דלק מחצבי|הדלק המחצבי]] לחברה המודרנית ניתן להשוות בין תכולת האנרגיה שיש בפעילות אנושית לבין הניצול של אנרגיה ממקורות חיצוניים. חישוב גס מראה כי 7.7 טונות של שווי ערך אנרגטי לנפט שצורך אזרח מארצות הברית בשנה, (לעומת 0.25 טונות של אזרח מסנגל) דומים לצריכת המזון השנתית של כ-400 בני אדם. דבר זה מייצג "עבדי אנרגיה" שעובדים עבור אדם מודרני בחברה מתועשת. דרך אחרת להסתכל על זה היא מזווית כלכלית. חבית אחת של נפט מייצג אנרגיה של  25 אלף שעות עבודה של אדם, כלומר כ-14 אנשים שעובדים במשך שנה בתקני עבודה רגילים. אפילו אם מחירי הנפט הם כמה מאות דולרים לחבית זה מחיר זול מאד ביחס לעבודה אנושית. {{הערה|שם=Wake Up |[http://unctad.org/en/PublicationsLibrary/ditcted2012d3_en.pdf Trade and Environment review 2013 - Wake Up Before Its Too Late] UNCTAD, עמ' 68}}

[[כלכלה אקולוגית|כלכלנים אקולוגיים]] כמו [[הרמו דיילי]]] מציינים כי יש הבדל ניכר בין [[ערך השוק]] של האנרגיה (ו[[משאבי טבע]]) אחרים לבין החשיבות שלהם לקיום הכלכלה. אם מניחים כי ניתן להחליף כל סחורה בכל סחורה אחרת ניתן להמיר את כל השווי של מקורות האנרגיה הנסחרים בשוק תמורת סחורה אחרת נניח תחום התיירות. ניתן להגיע למסקנה כי אם הוצאה בתחום התיירות היא גדולה יותר, אנשים רוצים אותו יותר ולכן הוא חשוב יותר, עם זאת מדובר במסקנה מוטעה שכן ללא אנרגיה לא ניתן לקיים שום פעילות פיזיקלית, ומכאן גם לא פעילות כלכלית.  

[[כלכלה אקולוגית|כלכלנים אקולוגיים]] כמו [[הרמו דיילי]]] מציינים כי יש הבדל ניכר בין [[ערך השוק]] של האנרגיה (ו[[משאבי טבע]]) אחרים לבין החשיבות שלהם לקיום הכלכלה. אם מניחים כי ניתן להחליף כל סחורה בכל סחורה אחרת ניתן להמיר את כל השווי של מקורות האנרגיה הנסחרים בשוק תמורת סחורה אחרת נניח תחום התיירות. ניתן להגיע למסקנה כי אם הוצאה בתחום התיירות היא גדולה יותר, אנשים רוצים אותו יותר ולכן הוא חשוב יותר, עם זאת מדובר במסקנה מוטעה שכן ללא אנרגיה לא ניתן לקיים שום פעילות פיזיקלית, ומכאן גם לא פעילות כלכלית.  

[[כלכלה אקולוגית|כלכלנים אקולוגיים]] ו[[כלכלה ביופיזית]] מדגישים את החשיבות של אנרגיה לתחום הכלכלי ובכך יש להן מחלוקות שונות עם [[כלכלה נאו קלאסית]] וזרמים נוספים ב[[חקר הכלכלה]]- רוב הזרמים הללו מניחים כי יש רק שני "גורמי ייצור", [[הון]] ו[[עבודה]] , ולכן אנרגיה היא עוד מוצר ככל המוצרים - ניתן לייצר אותו בכמות גדולה יותר ככל שנרצה. לעומת זאת [[מודל זרמים ומאגרים]] של כלכלה אקולוגית טוען כי ללא זרם של אנרגיה וללא זרם של [[חומרי גלם]] (שהם חומר במצב אנטרופי נתון הומוגני יחסית) לא ניתן לייצר שום מוצר לא משנה כמה מאגרים של הון ושל עובדים יש במפעל. כלכלה ביופיזית שמה דגש רב יותר על ניתוחים הקשורים לאנרגיה והקשר שלהם לכלכלה.  

[[כלכלה אקולוגית|כלכלנים אקולוגיים]] ו[[כלכלה ביופיזית]] מדגישים את החשיבות של אנרגיה לתחום הכלכלי ובכך יש להן מחלוקות שונות עם [[כלכלה נאו-קלאסית]] וזרמים נוספים ב[[חקר הכלכלה]]- רוב הזרמים הללו מניחים כי יש רק שני "גורמי ייצור", [[הון]] ו[[עבודה]], ולכן אנרגיה היא עוד מוצר ככל המוצרים - ניתן לייצר אותו בכמות גדולה יותר ככל שנרצה. לעומת זאת [[מודל זרמים ומאגרים]] של כלכלה אקולוגית טוען כי ללא זרם של אנרגיה וללא זרם של [[חומרי גלם]] (שהם חומר במצב אנטרופי נתון הומוגני יחסית) לא ניתן לייצר שום מוצר לא משנה כמה מאגרים של הון ושל עובדים יש במפעל. כלכלה ביופיזית שמה דגש רב יותר על ניתוחים הקשורים לאנרגיה והקשר שלהם לכלכלה.  

===אנרגיה וחקלאות ===

===אנרגיה וחקלאות ===

אנרגיה (שכיום מתקבלת בעיקר מדלק מחצבי) היא מרכיב חשוב מאד לשם קיומה של [[חקלאות תעשייתית]] שמפסקת כיום את רוב [[שוק המזון העולמי|המזון לאנושות]]. לפי מסמך של [[ארגון המזון העולמי]] משנת 2000, נדרשים 6,000 מגה-ג'ול של דלק מחצבי (שווה ערך לחבית נפט אחת), כדי להפיק טונה אחת של תירס ב[[חקלאות תעשייתית]]. לעומת זאת בשיטות מסורתיות במקסיקו נדרשת כמות של 180 מגה-ג'ול (כ-4.8 ליטר של [[נפט]]).  

אנרגיה (שכיום מתקבלת בעיקר מדלק מחצבי) היא מרכיב חשוב מאד לשם קיומה של [[חקלאות תעשייתית]] שמפסקת כיום את רוב [[שוק המזון העולמי|המזון לאנושות]]. לפי מסמך של [[ארגון המזון העולמי]] משנת 2000, נדרשים 6,000 מגה-ג'ול של דלק מחצבי (שווה ערך לחבית נפט אחת), כדי להפיק טונה אחת של תירס ב[[חקלאות תעשייתית]]. לעומת זאת בשיטות מסורתיות במקסיקו נדרשת כמות של 180 מגה-ג'ול (כ-4.8 ליטר של [[נפט]]).  

האנרגיה הנדרשת בחישוב זה כוללת אנרגיה ל[[דשן סינתטי]], השקייה ומיכון חקלאי אבל לא את האנרגיה הנדרשת לשם הכנת המיכון החקלאי, הובלה של המוצרים אל ומהחווה, והקמת החווה עצמה. {{הערה|שם=Wake Up}}

האנרגיה הנדרשת בחישוב זה כוללת אנרגיה ל[[דשן סינתטי]], השקייה ומיכון חקלאי אבל לא את האנרגיה הנדרשת לשם הכנת המיכון החקלאי, הובלה של המוצרים אל ומהחווה, והקמת החווה עצמה. {{הערה|שם=Wake Up}}