Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
ธรรมชาติของพลังงานและสิ่งแวดล้อม, 1 การจําแนกตามลักษณะการทํางาน, 2…
ธรรมชาติของพลังงานและสิ่งแวดล้อม
ธรรมชาติมาจากคําว่า “ธรรมะ” แปลว่าความจริง และ “ชาตะ” แปลว่าเกิด ธรรมชาติ หมายถึง ลักษณะและปรากฏการณ์ทั้งทางด้านกายภาพและชีวภาพที่มีอยู่ ที่เกิดขึ้นเอง (มนุษย์ไม่ได้ทําให้เกิดขึ้น) และเป็นวัฏจักร
พลังงาน (energy)
หมายถึง พลังต่าง ๆ ที่นํามาใช้ให้เกิดเป็นงาน ส่วนในทางวิทยาศาสตร์หมายถึง ความสามารถที่มีอยู่ในตัวของสิ่งต่าง ๆ ที่ให้แรงงานได้หรือเป็น ความสามารถทํางานได้ในช่วงเวลาหนึ่ง หรือระยะทางหนึ่ง
แหล่งกําเนิดพลังงานตามธรรมชาติ
ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกําเนิดพลังงานตามธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุด เป็นแหล่งกําเนิดพลังงานทั้งทางตรงและทางอ้อม
ได้แก่
เป็นแหล่งพลังงานรังสี
พลังงานแสง
พลังงานความร้อน
คือทําให้เกิด พลังงานคลื่น พลังงานลม พลังงานชีวมวล พลังงานฟอสซิล และไฟฟ้าพลังน้ํา
ส่วนดวงจันทร์เป็นแหล่งกําเนิดพลังงานน้ําขึ้นน้ําลง และโลกของเราก็เป็นแหล่งกําเนิดพลังงานความร้อนใต้พิภพ
การจําแนกประเภทของพลังงาน
3 การจําแนกตามแหล่งที่มาของพลังงาน
แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
1 พลังงานต้นกําเนิด (primary energy) คือพลังงานที่มีอยู่แล้วตามธรรมชาติ สามารถนํามาใช้ได้โดยตรง
เช่น แสงแดด ลม เชื้อเพลิงธรรมชาติ (น้ํามันดิบ ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ แร่นิวเคลียร์ ฯลฯ)
2 พลังงานแปรรูป (secondary energy) เป็นพลังงานที่ได้จากการนําพลังงานต้นกําเนิดมาแปรรูป เช่น พลังงานไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม เป็นต้น
4 การจําแนกตามลักษณะการใช้ประโยชน์
แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
4.1 พลังงานหมุนเวียน (renewable energy resources) สามารถนํามาหมุนเวียนใช้ได้เป็นประจํา
เช่น พลังงานแสงอาทิตย์พลังงานลม พลังงานน้ํา
4.2 พลังงานหมดเปลือง (non-renewable energy resources) หรือพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป นํามาหมุนเวียนใช้ใหม่อีกไม่ได้
เช่น พลังงานจากน้ํามัน ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติและแร่นิวเคลียร์
5 การจําแนกตามลักษณะการผลิต
แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
5.1 พลังงานตามแบบ (conventional energy) มีลักษณะการผลิตเป็นระบบศูนย์กลาง ขนาดใหญ่ ใช้เทคโนโลยีที่พัฒนามาจนอิ่มตัว เป็นพลังงานที่ใช้กันอยู่ทั่วไป
5.2 พลังงานนอกแบบ (non-conventional energy) มีลักษณะการผลิตที่ใช้เทคโนโลยีใหม่ที่อยู่ในระหว่างการทําวิจัยและพัฒนา บางชนิดมีความเหมาะสมทางเทคนิคแล้วแต่ยังต้องปรับปรุงความเหมาะสมทางเศรษฐศาสตร์
ตัวอย่างของพลังงานกลุ่มนี้ได้แก่ ก๊าซจากมวลชีวภาพ พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม เป็นต้น
เช่น พลังงานน้ํา ปิโตรเลียม ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ
6 การจําแนกตามลักษณะทางการค้า
แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
6.1 พลังงานทางพาณิชย์ (commercial energy) เป็นพลังงานที่ซื้อขายกันในวงกว้าง ผลิตในลักษณะอุตสาหกรรม เช่น ไฟฟ้า น้ํามันปิโตรเลียม ก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น
6.2 พลังงานนอกพาณิชย์(non-commercial energy) เป็นพลังงานที่ซื้อขายกันในวงแคบ ผลิตในลักษณะกิจกรรมในครัวเรือน ใช้มากในชนบท
เช่น ฟืน แกลบ ถ่านจากเศษวัสดุ เป็นต้น
การเปลี่ยนรูปพลังงาน
การเปลี่ยนรูปพลังงานในสิ่งมีชีวิต มี 4 แบบ ได้แก่
1.โฟโตเคมิคัล (photochemical) คือ การเปลี่ยนรูปพลังงานรังสีเป็นพลังงานเคมี เช่น ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
2 อิเล็กโทรเคมิคัล (electrochemical) คือ การถ่ายพลังงานเคมีจากสารชนิดหนึ่งไปให้สารอีกชนิดหนึ่งโดยการถ่ายอิเล็กตรอน เป็นการเปลี่ยนรูปพลังงานที่มีความสําคัญมากสําหรับมนุษย์เรารู้จักปฏิกิริยาเคมีนี้กันดีในชื่อ “ออกซิเดชัน-รีดักชัน (oxidation-reduction)
เช่น ที่เกิดขึ้นในกระบวนการหายใจระดับเซลล์ และกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
3 เคมิคัล (chemical) คือ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีโดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของอะตอมในโมเลกุลขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
4 เมคานิคัล (mechanical) คือ การเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานกล เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อ
สิ่งแวดล้อม (Environment)
หมายถึง สถานะและปัจจัยที่อยู่ล้อมรอบสิ่งมีชีวิต และมีความสัมพันธ์แนบแน่นต่อการดํารงความเป็นสิ่งมีชีวิต โดยเป็นแหล่งที่ให้ รองรับ ถ่ายทอดสสาร พลังงาน และข้อมูลแก่สิ่งมีชีวิต
ลักษณะของสิ่งมีชีวิต
ความเป็นสิ่งมีชีวิตประกอบด้วยลักษณะสําคัญ ดังนี้
1.มีโครงสร้างที่มีระบบระเบียบและซับซ้อนทั้งในระดับโมเลกุลที่เรียกว่า “ชีวโมเลกุล” และระดับที่ใหญ่ขึ้นกว่าโมเลกุล
ได้แก่ ออร์แกเนลล์ (organelle) เซลล์ (cell) เนื้อเยื่อ (tissue) อวัยวะ (organ) และร่างกาย (body)
2 มีกลไกสําหรับรักษาความเป็นปกติของความเป็นสิ่งมีชีวิต (metabolism) ได้ด้วยตนเอง
3 สืบทอดดํารงเผ่าพันธุ์ของตนเองได้ด้วยระบบการถ่ายทอดทางพันธุกรรม
4 เติบโตและมีพัฒนาการตามระบบระเบียบที่พันธุกรรมของเผ่าพันธุ์กําหนด
5 มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมอย่างมีประสิทธิภาพ ปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม
6 ตอบสนองต่อสิ่งเร้าทั้งจากภายในและภายนอก
ความสัมพันธ์ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตในสิ่งแวดล้อม
มนุษย์เป็นผู้กําหนดชื่อหน่วยของความสัมพันธ์
ของสิ่งมีชีวิตด้วยกันในพื้นที่หนึ่งในช่วงเวลาหนึ่ง จากหน่วยย่อยไปหาหน่วยใหญ่ ไว้ดังนี้
ประชากร (population) หมายถึง กลุ่มของสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันในพื้นที่หนึ่งในช่วงเวลาหนึ่ง
สังคมชีวิต (community) หมายถึง กลุ่มของสิ่งมีชีวิตหลาย ๆ ชนิดในพื้นที่หนึ่งในช่วงเวลาหนึ่ง
ชีวนิเวศ (biome) หมายถึง สังคมชีวิตหลาย ๆ สังคมที่สัมพันธ์กัน อาศัยอยู่บนพื้นผิวโลกส่วนที่มีลักษณะของสภาวะภูมิอากาศแบบเดียวกัน
ระบบนิเวศ (Ecosystem)
หมายถึง ความสัมพันธ์ในด้านการถ่ายทอดพลังงานและการหมุนเวียนของแร่ธาตุต่าง ๆ ระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง
สิ่งแวดล้อมแบ่งได้เป็น2ประเภท
1.สิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เช่น อากาศ น้ํา แสงอาทิตย์
2 สิ่งแวดล้อมที่มนุษย์สร้างขึ้น ได้แก่ สิ่งแวดล้อมทางวัตถุ เช่น อาคาร ถนน และสิ่งแวดล้อมทางสังคม
ได้แก่ ศาสนา ความเชื่อ ประเพณี เป็นต้น
ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับสิ่งแวดล้อม
สถานะและปัจจัยที่ไม่มีชีวิตที่สําคัญที่สุดในสิ่งแวดล้อมของมนุษย์คือ พลังงานแสง สิ่งมีชีวิตจะรักษาความเป็นชีวิตอยู่ได้ต้องได้รับและได้ใช้สสารและพลังงานจากสิ่งแวดล้อม
1 กระบวนการถ่ายทอดพลังงาน
การที่สิ่งมีชีวิตจะรักษาความเป็นชีวิตอยู่ได้ต้องได้รับและใช้สสารและพลังงานจากสิ่งแวดล้อม
พืชใช้พลังงานแสงจากดวงอาทิตย์มาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานเคมีเก็บไว้ในสารอาหารสําหรับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในที่แสงอาทิตย์ส่องไม่ถึง
เช่น ก้นมหาสมุทร จะใช้สารเคมีในบริเวณที่อาศัยเป็นแหล่งพลังงานสร้างอาหารด้วยการสังเคราะห์ทางเคมี
2 กระบวนการหมุนเวียนของสสาร
ร่างกายของสิ่งมีชีวิตไม่สามารถสร้างสสารที่จําเป็นต่อการดํารงชีวิตได้เองทั้งหมดจึง
จําเป็นต้องรับสสารจากสิ่งแวดล้อม ทําให้เกิดการหมุนเวียนของสสารระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมขึ้น
การใช้สสารที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตมีอยู่ 3 ประการ ได้แก่
1 กฎของการทนทาน (Law of Tolerance) สิ่งมีชีวิตสามารถดํารงชีวิตอยู่ได้ดี หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งว่ากระบวนการทํางานของร่ายกายเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด เมื่อสิ่งแวดล้อมมีปริมาณสสารแต่ละชนิดในความเข้มข้นในช่วงที่เหมาะสมที่สุด
เช่น อุณหภูมิ ความชื้น เป็นต้น ความสามารถในการทนทานมีผลโดยตรงต่อการกระจายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต
2.กฎน้อยที่สุด (Law of Minimum) สิ่งมีชีวิตจะดํารงความมีชีวิตอยู่ได้เมื่อได้รับสสารที่จําเป็นครบทุกชนิดในปริมาณที่เหมาะสม แม้จะมีสสารชนิดอื่นอยู่มากแต่ถ้าสสารที่จําเป็นที่ร่างกายต้องการน้อยขาดไปก็ไม่สามารถดํารงชีวิตอยู่ในสิ่งแวดล้อมนั้นได้
3.กฎการอนุรักษ์สสาร (Law of Conservation of Matter) ในวงจรการหมุนเวียนของสสารระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบของสสารสลับไปมาระหว่างการเป็นอินทรียสารกับอนินทรียสาร
สามารถจําแนกสิ่งมีชีวิตในธรรมชาติออกได้เป็น 3 กลุ่ม ได้แก่
1 กลุ่มที่สามารถเปลี่ยนรูปอนินทรียสารในสิ่งแวดล้อมให้เป็นอินทรียสารในร่างกายได้ หรือเรียกว่ากลุ่มที่สามารถสร้างอาหารได้เอง หรือผู้ผลิต
2 กลุ่มที่ไม่สามารถสร้างอาหารได้เอง หรือเรียกว่าผู้บริโภค ต้องใช้สารอินทรีย์จากผู้ผลิตในการดํารงชีวิต และส่งต่อสารเหล่านี้ไปยังผู้บริโภคอื่น ๆ ด้วย ตัวอย่างสิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้คือ สัตว์
3 กลุ่มที่เปลี่ยนอินทรียสารให้กลับกลายเป็นอนินทรียสาร แล้วส่งกลับสู่สิ่งแวดล้อมต่อไป เรียกว่า ผู้ย่อยสลายตัวอย่างสิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้คือ จุลินทรีย์
3 กระบวนการถ่ายทอดข้อมูล
สิ่งมีชีวิตต้องรับรู้และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมมาตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันรวมถึงอนาคตด้วย สิ่งมีชีวิตรับรู้ ตอบสนอง บันทึกข้อมูลไว้ในหน่วยทางพันธุกรรม และถ่ายทอดข้อมูลจากรุ่นสู่รุ่นด้วยการถ่ายทอดทางพันธุกรรมโดยผ่านยีน (gene) ผลของการปรับตัวทําให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่างๆ
เช่น เปลี่ยนรูปร่างหน้าตา เปลี่ยนกระบวนการทํางานในร่างกาย เปลี่ยนพฤติกรรมในการดําเนินชีวิต เป็นต้น
มนุษย์ พลังงาน และสิ่งแวดล้อม
มนุษย์ต้องการพลังงานเพื่อนําไปใช้ในทุกกระบวนการดํารงชีวิต ร่างกายมนุษย์สร้างพลังงานจากอาหารที่ได้จากสิ่งแวดล้อม เพราะมนุษย์เป็นสิ่งมีชีวิตกลุ่มที่ไม่สามารถสร้างอาหารได้เอง หรือเรียกว่าผู้บริโภค
สิ่งแวดล้อมเป็นแหล่งของปัจจัยในการดํารงชีวิตทั้งมวลของมนุษย์ ถึงแม้มนุษย์จะมีการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมได้
แต่ถ้าสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไปในทางที่ไม่เอื้อต่อการดํารงชีวิตอย่างรวดเร็วกว่าประสิทธิภาพในการปรับตัวก็จะส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อมนุษย์
มนุษย์จึงต้องเข้าใจธรรมชาติและกลไกของสิ่งต่าง ๆ ในสิ่งแวดล้อมให้ชัดเจน และสามารถทํานายแนวโน้มและทิศทางของการเปลี่ยนแปลงของสิ่งต่าง ๆ ในสิ่งแวดล้อมให้ได้ก่อนจะสร้างและใช้เพื่อป้องกันการทําลายล้างเผ่าพันธุ์ตนเองเพราะรู้ไม่เท่าทัน
แหล่งพลังงานและความต้องการพลังงาน
ต้นทุนการผลิตที่ใช้วัตถุดิบที่แตกต่างกันซึ่งต้องรวมไปถึงต้นทุนในการป้องกันผลกระทบที่มีต่อสิ่งแวดล้อมจากการใช้วัตถุดิบแต่ละประเภทด้วย ประชาชนทุกคนต้องสามารถเข้าถึงข้อมูลเหล่านี้ได้ง่าย และเห็นว่าเป็นข้อมูลที่ถูกต้อง เชื่อถือได้ ทันสมัย ทันเหตุการณ์ เพื่อให้ทุกฝ่ายใช้ข้อมูลดังกล่าวประกอบการพิจารณาได้อย่างมีประสิทธิผล
ความเชื่อมโยงระหว่างพลังงานกับปัญหาสิ่งแวดล้อม
ชาวโลกมีความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้ามากที่สุด และยังมีความเห็นแตกต่างกันในประเด็นวัตถุดิบที่จะนํามาใช้ในการผลิตไฟฟ้า เนื่องจากมีความเชื่อมโยงไปถึงผลกระทบที่จะเกิดกับสิ่งแวดล้อมด้วย
ปัญหาสิ่งแวดล้อม
หมายถึง ปัญหาที่เกิดจากการใช้ทรัพยากรธรรมชาติอย่างผิดหลักการอนุรักษ์ ส่งผลกระทบต่อมนุษย์เอง สิ่งมีชีวิตอื่นที่เป็นแหล่งอาหารของมนุษย์ทั้งทางตรงและทางอ้อม
ระดับของปัญหาสิ่งแวดล้อม มี 3 ระดับ ได้แก่
1.ระดับท้องถิ่นหรือระดับชุมชน
มีขนาดความรุนแรงไม่มากนัก วิธีการแก้ไขไม่ยุ่งยาก มีผลกระทบในวงแคบ
2.ระดับประเทศหรือระดับภูมิภาค
มีขนาดความรุนแรงและความซับซ้อนค่อนข้างมาก จึงต้องใช้วิธีการแก้ไขที่ซับซ้อนกว่า และมีผลกระทบในวงกว้างกว่าปัญหาระดับท้องถิ่น
เช่น ปัญหาเกี่ยวกับน้ํา ได้แก่ ขาดน้ํา และ น้ําท่วม ปัญหาการเสพและค้ายาเสพติด เป็นต้น
3.ระดับโลก เป็นปัญหาที่มีสาเหตุเริ่มต้นจากปัญหาระดับภูมิภาค
สะสมและรวมกันเป็นเวลานาน
เช่น การเกิดภาวะโลกร้อน การสูญเสียชั้นโอโซน (Ozone) และการสูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพ เป็นต้น
1 การจําแนกตามลักษณะการทํางาน
1.1 พลังงานศักย์ (potential energy) เป็นพลังงานที่แฝงอยู่ในสสาร ซึ่งจะมีมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ สถานะทางกายภาพ ลักษณะโครงสร้างภายใน และตําแหน่งของสสาร
1.2 พลังงานจลน์ (kinetic energy) เป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ของสสาร เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่
2.การจําแนกตามรูปแบบของพลังงาน
2.1 พลังงานรังสี(radiant energy) เป็นพลังงานในรูปของคลื่น มนุษย์ใช้พลังงานรังสีในการมองเห็นภาพ พืชใช้พลังงานรังสีในการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อการเติบโตของพืชเองซึ่งร่างกายมนุษย์ทําไม่ได้ มนุษย์ต้องใช้ประโยชน์จากพืชตลอดเวลา
เช่น แสง เสียง ความร้อน คลื่นวิทยุ อินฟราเรดอัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์ รังสีคอสมิก
2.2 พลังงานเคมี(chemical energy) เป็นพลังงานศักย์ที่แฝงอยู่ในโครงสร้างของสสาร
เช่น พลังงานเคมีที่มีอยู่ในน้ํามันเชื้อเพลิง เมื่อเผาไหม้ เชื้อเพลิงจะปล่อยพลังงานเคมีออกมามนุษย์ใช้ประโยชน์จากพลังงานรูปนี้ด้วยการหายใจระดับเซลล์ซึ่งเป็นกระบวนการเปลี่ยนพลังงานเคมีที่มีอยู่ในสารอาหาร (เช่น ไขมัน คาร์โบไฮเดรท) ให้เป็นพลังงานที่จะนําไปใช้ในเซลล์ได้
2.3 พลังงานไฟฟ้า (electrical energy) เป็นพลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวัตถุที่เป็นตัวนําไฟฟ้าจึงจัดเป็นพลังงานจลน์ถ้าพิจารณาในสภาวะที่อิเล็กตรอนพร้อมจะเคลื่อนที่ (ยังไม่เคลื่อนที่)
จะจัดเป็นพลังงานศักย์ในร่างกายมนุษย์มีพลังงานไฟฟ้าในปฏิกิริยาของเซลล์ประสาทในระบบประสาท
2.4 พลังงานกล (mechanical energy) เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่โดยตรง ช่วงเวลาที่วัตถุยังไม่เคลื่อนที่
เช่น ก้อนหินที่อยู่บนขอบหน้าผาสูงมีพลังงานศักย์กล (potential mechanical energy) อยู่จํานวนหนึ่ง ในขณะที่ก้อนหินกลิ้งลงมาพลังงานศักย์กลจะลดลงและเกิดพลังงานจลน์กล (kinetic mechanical energy) ของการเคลื่อนที่ขึ้นมาแทน มนุษย์ใช้พลังงานรูปนี้ในการทํางานที่ต้องมีการเคลื่อนไหว
.2.5 พลังงานปรมาณู(atomic energy) เป็นพลังงานที่ถูกปล่อยออกมาจากสารกัมมันตรังสีที่มีอยู่ตามธรรมชาติและที่มนุษย์ทําให้เกิดขึ้นในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู หรือระเบิดปรมาณู