Как работает хранение энергии?

Что вы сделаете, если захотите отложить какое-то количество денег для нового приобретения? Возможно, вы найдете копилку и будете класть туда какую-то сумму каждый день. А что вы сделаете, если захотите взять попить с собой в поход? Вы можете залить чай в термос, чтобы он там хранился до вашего открытия уже в самом походе.

Но что, если вы захотите сохранить что-нибудь совсем другое, к примеру, энергию для пробежки? Мы знаем, что при совершении работы, например наливания чая в термос, мы тратим энергию, но мы ведь не можем взять и положить эту энергию в карман, на потом. Энергия – не жидкость, чтобы ее можно было просто залить в термос. Так как же наш организм умеет хранить энергию? Какой способ нашли люди для этих целей?

Как наш организм хранит энергию

Наверное, я не удивлю никого, если скажу, что основным хранилищем энергии в нашем организме являются жиры. Но ведь интересно, почему же всё-таки жиры, а не что-нибудь другое? За счет чего в жирах мы можем сохранить огромную кучу энергии?

Молекула жиров представляет из себя молекулу глицерина, в котором водороды гидроксильных групп замещены на разные длинные углеводородные цепочки. Особенность молекул жира проявляется как раз в этих длинных цепочках.

Давайте сравним жиры с углеводами. Для выработки энергии, будь то с помощью углеводов или с помощью жиров, наш организм их окисляет до углекислого газа. В окислительно-восстановительных реакциях происходит переход электронов с одного атома на другой, и количество выделяющейся энергии пропорционально количеству электронов.

За счет длинных углеводородных цепочек в жирах у углерода степень окисления, в среднем, равна -2, в углеводах 0, и в углекислом газе +4. Отсюда видно, что при переходе из жиров в углекислый газ выделяется больше электронов, чем при окислении углеводов. Таким образом, если мы возьмем две реакции горения – жиров и углеводов – то в первой выделится больше энергии, а именно около 9 ккал/г и 4 ккал/г, соответственно.

Для сравнения: энергетической ценности углеводов в организме человека хватает на один день, когда для жиров этот показатель является около месяца.

АТФ

Теперь давайте перейдем к АТФ. АТФ, он же аденозинтрифосфат, – это молекула, которую наш организм использует для проведения процессов, которые нежелательны, так как на них затрачивается много энергии. Но как? Что делает эту молекулу такой особенной?

Давайте приведу пример. Допустим, у меня есть свой магазин одежды. Казалось бы, если я объявлю скидки на свои товары, то получу за них меньше прибыли, то есть проиграю, но это верно лишь когда нет других факторов, влияющих на общую выгоду. Давайте добавим в нашу систему такое условие: если мой товар действительно качественный и понравится людям, то даже после окончания скидок покупатели будут продолжать посещать мой магазин, что в итоге принесет мне больше прибыли. Ну и понятное дело, теперь я не откажусь от скидок.

В случае АТФ происходит похожая ситуация. Процесс гидролиза АТФ, благодаря нескольким факторам, является самопроизвольным и выделяет много энергии.

А теперь возьмем процесс, на который нам нужно будет затратить энергию. Самопроизвольно этот процесс не будет происходить, но мы можем изменить условия, как мы делали это со скидками. Мы можем объединить этот процесс вместе с гидролизом АТФ и тогда в итоге мы будем выигрывать и процесс окажется самопроизвольным.

И здесь мы можем наблюдать существенную разницу между нашим хранением сбережений и хранением энергии нашим организмом. Он не просто берет и заливает энергию в термос, он образовывает разные молекулы, которые в ходе других процессов смогут выделить нужную энергию. Это все равно, что, если человек будет покупать вещи, чтобы сохранить свои сбережения, и когда нужно будет их использовать, продаст эти вещи. В нашем мире это не имеет никакого смысла, но это является эффективным методом хранения энергии для нашего организма.

Как мы храним энергию

Люди за долгое время тоже научились хранить энергию, к примеру, в виде батареек. Но является ли их механизм работы схожим с процессами в нашем организме?

Думаю, все мы знакомы с заводными игрушками. Мы вращаем ключ, она начинает двигаться, петь и так далее. Главный момент в том, что вращаем мы ключ в ту сторону, в которую он сам повернуться не может. При этом он поворачивается в обратную сторону, вызывая движение других механизмов игрушки, и позволяя ей двигаться.

Работа батареек имеет схожести с этим механизмом. В батарейке происходит окислительно-восстановительная реакция, и если электрическая цепь завершена, то благодаря движению электронов в ходе реакции, выделяется энергия. Но в чем же схожесть с игрушками?

Реакция может идти в прямом и в противоположном направлении, при этом только одно направление будет самопроизвольным, так как это обратные процессы. Вещества, выделяющиеся в ходе самопроизвольной реакции, назовем продуктами. И получается, что, затратив энергию мы можем перевести эти продукты в начальные реагенты, так же, как и с вращением ключа игрушки. И теперь взяв эту батарейку мы можем положить ее, допустим, в пульт. Тогда электрическая цепь завершится и начнется движение электронов, за счет чего пульт будет получать энергию для своей работы, так же, как и вращение ключа игрушки в обратную сторону, что вызывало ее движение.

Когда мы заряжаем батарейку, мы переводим продукты в реагенты. Но при этом батарейка не является "энергетическим термосом". В ней не находится энергия сама по себе, как жидкость или газ. При использовании батарейки происходит всего лишь обратный переход из реагентов в продукты. И батарейка "разряжается" тогда, когда реагентов уже не остается для образования продуктов.

Завершение

Теперь для вас хранение энергии не является мистической загадкой. Наш организм использует для этого удивительные методы, а слова "все гениальное – просто" очень подходят для описания работы батареек. Продолжайте изучать науку и раскрывать новые тайны, скучно точно не будет!

Данную статью было некуда опубликовать, поэтому она оказалась здесь как тестовая.