Природные источники химической энергии, такие, как уголь, нефть и газ, быстро истощаются. Их использование, скорее всего, возрастет при превращении развивающихся стран в индустриальные. Нет сомнения, что будут обнаружены их новые запасы и по мере их использования будет удорожаться и добыча, так как добираться до них будет все труднее. Атомные электростанции, которые сейчас основаны на ядерном распаде, становятся все более непопулярными из-за боязни утечки радиоактивности и трудности захоронения их отходов — ядерного «горючего». Каковы же альтернативные источники энергии?

Мощность определяется скоростью выполнения работы или скоростью использования энергии и является отношением проделанной работы ко времени, за которое эта работа выполнена.

Единица СИ мощности ватт (Вт), и 1 ватт = 1 джоулю в секунду (Дж с^-1). Две машины, одна из которых производит работу 500 Дж за 2 с, а другая — 2500 Дж за 10 с, имеют одинаковую мощность, а именно 250 Вт. Постоянная сила F, приложенная к телу массой т, придает ему постоянное ускорение а.

Механизм — это приспособление, либо облегчающее работу изменением направления действия силы, либо позволяющее произвести работу при помощи меньшей силы. Использование меньшей силы не означает, что будет проделана меньшая работа. При использовании механизма тело под действием меньшей силы должно пройти большее расстояние. Фактически должна быть проделана большая работа, т. е. экономия энергии отсутствует.

Этот закон утверждает, что энергия не возникает и не уничтожается, а только переходит из одной формы в другую. Общая энергия должна остаться неизменной. Что происходит, когда мы пилим ножовкой кусок металла? Химическая энергия, образованная в организме человека в результате пищеварения, превращается в кинетическую энергию полотна ножовки. Часть этой энергии расходуется на отделение металлической стружки от куска металла, а часть превращается в тепловую энергию. Полотно ножовки и металл раскаляются. Часть энергии расходится в виде звука.

Потенциальная энергия — энергия, которой обладает тело вследствие своего положения над землей, — была упомянута ранее. Теперь рассмотрим этот вопрос более подробно. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией сжатия вследствие изменения своего состояния. Для сжатия пружины должна быть проделана работа, и, когда пружина отпускается, большая часть этой энергии может быть высвобождена.

А может ли электромагнитное излучение превращаться в электрическую энергию? Ответ — да, и для этого существуют различные элементы. Фотоэлемент превращает энергию электромагнитного излучения в электрическую. Один из его видов — это фотоэмиссионный элемент, показанный на рисунке. Катодом является вогнутая металлическая пластина, а анодом — металлический стержень, имеющий положительный потенциал (т. е. больший положительный заряд) по отношению к катоду. Когда свет падает на катод, испускаются электроны, которые притягиваются к аноду, и таким образом возникает ток. Этот ток может быть использован для включения другой электрической цепи.

Энергия E, которой обладает электромагнитная волна, пропорциональна частоте ν этой волны:
энергия = постоянная x частота

E = hv
Величина h известна как постоянная Планка. Вы видите, что чем выше частота, тем больше энергия волны. Световые волны имеют более высокую частоту, чем тепловые, и поэтому несут в себе больше энергии. Это означает, что для излучения света нужен более высокий уровень энергии, чем для излучения тепла.