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에너지의 정의와 종류

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 에너지의 정의와 종류

백열전구를 켜면 빛이 나오고 전구가 뜨거워진다. 전기 에너지가 빛에너지와 열에너지로 바뀐 것이다. 녹즙기를 콘센트에 꽂으면 녹즙기가 돌아가면서 야채가 갈아진다. 녹즙기에서는 전 기 에너지가 기계를 돌리는 역학적 에너지로 바뀐 것이다. 화력 발전소에서는 석유나 석탄을 태워서 얻은 열로 전기를 만들고, 수력발전소에서는 떨어지는 물이 지닌 에너지로 전기를 만든다. 에너지에는 이렇게 여러 가지 종류가 있는데, 이것들은 서로 다른 종류의 에너지로 바뀔 수 있다.

1. 에너지의 종류
직접 보거나 만져본 적은 없지만 에너지라는 용어는 우리에게 익숙한 용어이며 생활의 거의 모든 부분에서 사용되고있다. 우리에게 가장 친숙한 에너지는 모든 생명의 근원이 되고 있는 태양으로부터 오는 태양에너지이다. 태양에너지는 빛에너지와 열에너지로 구성되어 있다. 에너지는 우리가 먹는 음식물 속에도 들어있고, 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석연료 속에도 들어 있다.
일반적으로 에너지는 일을 할 수 있는 능력 혹은 어떤 것을 변화시킬 수 있는 능력이라고 정의된다. 따라서 어떤 물체가 자기 자신을 변화시킬 능력을 가지고 있거나, 그 주변 혹은 다른 물체를 변화시킬 수 있는 능력을 가지고 있다면 그 물체는 에너지를 가지고 있다고 한다. 산들산들 불어오는 바람, 댐에 갇혀있는 물, 따뜻한 바다, 누군가에 의해 잡아당겨져 있는 용수철, 높이 치켜든 망치 등도 에너지를 가지고 있다.
움직이고 있는 물체가 가지고 있는 에너지는 운동에너지라고 한다. 도로 위를 달리는 오토바이, 달리는 열차, 투수가 던진 공, 달리기를 하고 있는 운동선수처럼 움직이는 모든 것은 운동에너지를 가지고 있다. 운동에너지는 움직이는 속도가 클수록 그리고 움직이고 있는 물체의 질량이 클수록 커진다.
움직이고 있는 물체만 에너지를 가질 수 있는 것은 아니다. 물체는 평형상태로부터 위치가 변하면 에너지를 저장할 수 있는데, 이러한 종류의 에너지는 위치에너지라고 부른다. 예를 들어 평형상태보다 늘어나 있는 용수철이나 화살을 쏘기 위해 활시위가 팽팽히 당겨진 활은 위치에너지를 가지고 있다. 이 외에도 에너지의 형태에는 빛에너지, 전기에너지, 화학에너지, 열에너지, 핵에너지, 소리에너지 등이 있다.
다.

강원도 태백 풍력단지 Ⓒ함께사는길 이성수

2. 에너지의 형태는 서로 바뀐다
에너지는 한 형태에서 다른 형태로 바뀔 수 있다. 우리는 흔히 ‘에너지를 사용한다’고 말하지만 사실은 에너지를 사용하여 없어지게 하는 것이 아니라 다른 형태로 바꾸는 것이다. 예를 들어 가정에서 사용하는 전기기구들은 가정으로 공급된 전기에너지를 없어지게 하는 것이 아니라 전기에너지를 다른 형태의 에너지로 바꾸어준다. 텔레비전에서는 전기에너지가 빛에너지와 소리에너지로 바뀐다. 전기 에너지는 전열기구에 서는 열에너지, 전등에서는 빛에너지, 오디오에서는 소리에너지로 바뀐다. 전기에너지도 위치에너지와 운동에너지 그리고 연료의 화학에너지 등이 변형되어서
만들어진 것이다. 이렇게 에너지는 서로 다른 형태로 변형될 수 있는데 변형되는 과정에서 에너지가 감소하거나 없어지지는 않는다. 한 에너지가 감소하면 감소한 만큼 다른 종류의 에너지가 생성된다. 컴퓨터를 켜서 전기에너지를 사용하면 전기에너지를 사용한 만큼 빛에너지, 소리에너지, 열에너지가 생기는 것이다. 이렇게 에너지가 서로 다른 에너지로 전환되더라도 그 총량이 항상 일정한 것을 에너지 보존 법칙이라고 한다.
에너지 보존 법칙에 의하면 에너지는 새로 만들어지는 것이 아니라 다른 에너지의 형태로 바뀐다. 댐에 고여있는 물이 가지고 있는 위치에너지는 수력 발전소에서 발전기를 돌리면서 전기에너지로 바뀐다. 원자력 발전소에서는 우라늄이 핵분열할 때 발생하는 열이 전기에너지로 변형된다. 그리고 이 전기에너지가 각 가정으로 전달되어서 전열기로 들어가면 열에너지로 바뀌고, 전등으로 들어가면 빛에너지 등으로 바뀐다. 녹즙기에서는 전기에너지가 역학적 에너지로 바뀐다.

햇빛발전협동조합 2호기 한신대 태양광발전소 Ⓒ함께사는길 이성수

3. 열에너지는 모두 전기에너지가 될 수 없다.
에너지의 총량이 항상 일정하다는 것은 우리가 에너지를 사용해도 그것이 사라지지 않고 어딘가에는 남아 있다는 것을 의미한다. 그런데도 우리 사회는 왜 에너지 부족 문제를 겪고 있는 것일까? 그 이유는 어떤 형태의 에너지가 다른 형태의 에너지로 바뀔 때 그 방향에 제약이 있기 때문이다. 예를 들어서 역학적 에너지나 전기 에너지는 모두 열에너지로 바뀔 수 있다. 그러나 열에너지는 그것의 일부만이 역학적 에너지나 전기 에너지로
바뀔 수 있다. 열에너지 전체를 다른 형태의 에너지로 완전히 바꾸는 것은 불가능한 것이다. 이것을 열역학 제 2법칙이라 부른다. 따라서 지구상에 존재하는 에너지의 합은 일정하지만, 우리에게 필요한 에너지는 부족한 현상이 나타나는 것이다.
한편, 에너지가 변형되는 과정에서 생긴 열에너지는 공기나 물의 열오염을 일으킨다. 열오염이란 화력 발전소, 원자력 발전소, 공장 등에서 방출된 열에너지가 주변의 대기나 물, 토양 등의 온도를 높여서 환경을 변화시키는 것을 말한다. 열에너지는 수온이나 대기의 온도를 상승시키고, 온도 상승은 수온변화에 민감한 어류들의 생명에 치명적인 손상을 입힌다. 어업과 진주양식과 같은 산업은 특히 열오염으로 인해 큰 타격을 받는다. 원자력
발전소의 설치를 반대하는 이유 중의 하나는 원자력 발전소에서 방출되는 보통 수온보다 높은 폐수로 인하여 주변 생태계가 파괴되기 때문이다. 자동차가 많은 도심지역이 시골보다 더 더운 것도 바로 대기의 열오염 현상 때문이다.

자료제공 : 에너지대안센터

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