에너지와 생활

1. 에너지

에너지란 일을 할 수 있는 능력을 뜻한다. 에너지는 한 가지 형태로만 존재하는 것이 아니라 어떤 형태의 에너지에서 다른 형태의 에너지로 끊임없이 바뀔 수 있다.

2. 에너지의 형태

에너지의 형태는 열에너지, 전기 에너지, 빛에너지, 화학 에너지, 운동 에너지, 위치 에너지 등이 있다.

1) 열에너지
열에너지는 물체를 구성하는 입자들의 운동 에너지로 표현된다. 열에너지는 열의 형태로 전달되며 열이 전달된 물체는 열에너지가 증가한다.
2) 전기 에너지
전자가 이동할 때 전기적으로 발생하는 에너지이다. 전류가 흐르면서 하는 일을 전기 에너지로 나타낼 수 있다.
3) 빛에너지
태양 에너지와 같이 빛이 가지고 있는 에너지를 뜻한다.
4) 화학 에너지
화학 결합으로 물질에 저장되어 있는 에너지이다. 물질의 화학 변화 과정에서 에너지의 방출 또는 흡수가 일어난다.
5) 운동에너지
운동하는 물체가 가지고 있는 에너지이다.
6) 위치 에너지
물체가 힘이 작용하는 위치에 있을 때, 그 힘으로 인해 물체가 가지게 되는 에너지이다. 예를 들어 수력 발전소의 높은 곳에서 떨어지는 물은 중력에 의한 위치 에너지를 가진다.

3. 에너지 전환

에너지가 다른 형태의 에너지로 바뀌는 것을 에너지 전환이라고 한다. 예를 들어 식물은 엽록체에서 물, 이산화 탄소, 빛으로 양분과 산소를 만드는 광합성을 한다. 이때 빛에너지는 화학 에너지로 전환된다.

4. 에너지 자원

에너지 자원이란 동력 공급의 원료가 되는 자원으로, 생활, 산업 등에 필요한 에너지를 얻을 수 있는 자원이다. 현재는 석유, 석탄, 천연가스 등의 화석 연료가 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 화석 연료는 사용할 때 환경 오염 물질이 발생하는 문제가 있으며 매장량에 한계가 있다. 이에 대비해 친환경적이고 고갈되지 않는 에너지인 신재생 에너지의 지속적인 연구가 이루어지고 있다.

5. 에너지 효율

에너지 효율은 투자하거나 소비한 에너지의 양과 시간이 유효한 일로 바뀐 정도의 비율을 뜻한다. 즉, 에너지 효율이 높다는 것은 같은 일을 하는 데 더 적은 에너지가 사용된다는 것이다.

6. 에너지 효율 관리 제도

에너지를 사용하는 기기의 효율 향상과 효율이 높은 제품을 널리 보급하기 위한 제도로, 에너지 소비 효율 등급 표시 제도, 고효율 에너지 기자재 인증제도, 대기 전력 저감 프로그램 등이 있다.
1) 에너지 소비 효율 등급 표시 제도
제품의 에너지 소비 효율 또는 에너지 사용량에 따라 효율 등급을 1등급〜5등급으로 나누어 표시하는 제도이다.
2) 고효율 에너지 기자재 인증 제도
에너지 사용 기자재 중 에너지 효율 및 품질 시험 검사 결과 정부가 고시한 일정 기준 이상을 만족하는 제품을 고효율 에너지 기자재로 인증하는 자발적인 인증 제도이다.
3) 대기 전력 저감 프로그램
전자 제품을 사용하지 않을 때 소모되는 대기 전력을 낮춘 제품의 보급을 확대하기 위해 시행하는 의무적인 신고 제도이다.

7. 에너지가 필요한 까닭

식물은 광합성을 통해 스스로 만든 양분에서 에너지를 얻고 성장, 번식, 생명 유지 등에 에너지를 이용한다. 동물은 다른 생물을 먹어 에너지를 얻고 움직이고 숨을 쉬는 등의 생명 활동에 에너지를 사용한다. 반면에 기계는 석유, 전기 등에서 에너지를 얻고 냉장고, 청소기, 컴퓨터 등의 기계를 작동하는 데 에너지를 이용한다. 이렇듯 생물은 자라거나 숨을 쉬고 움직이는 등의 생명 활동을 하기 위해 에너지가 필요하고, 기계를 작동하려면 에너지가 필요하다. 

8. 화학 에너지

화학 에너지는 화학 결합으로 물질 속에 저장된 에너지이며 화학 변화에 의해 다른 에너지로 전환될 수 있다. 알코올램프가 연소해 발생하는 열에너지와 빛에너지는 화학 에너지가 전환된 것이다. 또, 사람이 음식을 먹으면 음식물에 저장된 화학 에너지가 사람에게 전달되며, 이 화학 에너지는 사람이 생명 활동을 하면서 운동 에너지나 열에너지 등으로 전환된다.
•연소: 알코올의 화학 에너지 -> 빛에너지 + 열에너지
•생명 활동: 음식물의 화학 에너지 -> 운동에너지 + 열에너지 등

9. 태양 에너지

태양은 태양계에서 유일하게 스스로 에너지를 생성하며 생성한 에너지를 우주로 방출한다. 태양에서 생성되어 오는 에너지를 태양 에너지라고 한다. 지구에 도착한 태양 에너지 일부는 대기와 지표에 흡수된다. 흡수된 에너지는 열에너지나 역학적 에너지로 전환되어 바람을 불게 하거나 물을 증발시켜 구름을 생성하는 등 여러 가지 자연 현상을 일으킨다. 또 식물은 광합성으로 태양 에너지를 화학 에너지로 전환해 양분을 만든다. 이처럼 태양 에너지는 지구의 에너지원의 근원으로 지구상의 모든 생명 활동에 이용된다. 

10. 역학적 에너지

운동하고 있는 물체의 위치 에너지와 운동에너지는 서로 전환될 수 있는데 이때 물체의 위치 에너지와 운동에너지의 합을 역학적 에너지라고 한다. 

11. 역학적 에너지보존법칙

높은 곳에 있던 롤러코스터가 내려갈 때는 중력에 의해 속력이 점점 빨라진다. 높이가 낮아지므로 중력에 의한 위치 에너지는 감소하며, 속력이 빨라지므로 운동에너지는 증가한다. 이때 감소한 위치 에너지는 운동에너지로 전환되며 공기저항이나 마찰을 무시한다면 감소한 위치 에너지의 양과 증가한 운동에너지의 양이 같다. 반대로 롤러코스터가 위로 올라갈 때는 높이가 높아지며 중력에 의한 위치 에너지가 증가하고 속력이 느려지며 운동에너지가 감소한다. 이때 감소한 운동에너지는 위치 에너지로 전환되며 공기저항이나 마찰을 무시한다면 감소한 운동에너지의 양과 증가한 위치 에너지의 양이 같다. 이처럼 공기저항이나 마찰이 없다면 물체의 역학적 에너지는 항상 일정하게 유지되는데, 이를 역학적 에너지 보존 법칙이라고 한다.