能源的分類和能量的轉化
能源品種繁多，按其來源可以分為三大類：一是來自地球以外的太陽能，除太陽的輻射能之外，煤炭、石油、天然氣、水能、風能等都間接來自太陽能；第二類來自地球本身，如地熱能，原子核能（核燃料鈾、釷等存在於地球自然界）；第三類則是由月球、太陽等天體對地球的引力而產生的能量，如潮汐能。
能源工作者常用的分類方法如下圖所示。
一次能源指在自然界現成存在，可以直接取得且不必改變其基本形態的能源，如煤炭、天然氣、地熱、水能等。由一次能源經過加工或轉換成另一種形態的能源產品，如電力、焦炭、汽油、柴油、煤氣等屬於二次能源。
常規能源也叫傳統能源，就是指已經大規模生產和廣泛利用的能源。表2－1所統計的幾種能源中如煤炭、石油、天然氣、核能等都屬一次性非再生的常規能源。而水電則屬於再生能源，如葛洲壩水電站和未來的三峽水電站，隻要長江水不幹涸，發電也就不會停止。煤和石油天然氣則不然，它們在地殼中是經千百萬年形成的（按現在的采用速率，石油可用幾十年，煤炭可用幾百年），這些能源短期內不可能再生，因而人們對此有危機感是很自然的。
新能源指以新技術為基礎，係統開發利用的能源。其中最引人注目的是太陽能的利用。據估計太陽輻射到地球表麵的能量是目前全世界能量消費的1.3萬倍。如何把這些能量收集起來為我們所用，是科學家們十分關心的問題。植物的光合作用是自然界“利用”太陽能極為成功的範例。它不僅為大地帶來了鬱鬱蔥蔥的森林和養育萬物的糧菜瓜果，地球蘊藏的煤、石油、天然氣的起源也與此有關。尋找有效的光合作用的模擬體係、利用太陽能使水分解為氫氣和氧氣及直接將太陽能轉變為電能等都是當今科學技術的重要課題，一直受到各國政府和工業界的支持與鼓勵。
以上是從能源的使用進行分類的方法，若從物質運動的形式看，不同的運動形式，各有對應的能量，如機械能（包括動能和勢能）、熱能、電能、光能等等。各種形式的能量可以互相轉化，如動能可與勢能互相轉化（建築工地打夯的落錘的上、下運動所包括的能量轉化過程）；化學能可與電能互相轉化（化學電池和電解就是實現這種轉化的兩種過程）。在能量相互轉化過程中，盡管做功的效率因所用工具或技術不同而有差別，但是折算成同種能量時，其總值卻是不變的，這就是能量轉化和能量守恒定律，這是自然界中一條極為基本的定律（另一條為質量守恒定律），也是識破各式各樣永動機的有力判據。在能量轉化過程過中，未能做有用功的部分稱為“無用功”，通常以熱的形式表現。
物質體係中，分子的動能、勢能、電子能量和核能等的總和稱為內能。內能的絕對值至今尚無法直接測定，但體係狀態發生變化時，內能的變化以功或熱的形式表現，它們是可以被精確測量的。體係的內能、熱效應和功之間的關係式為：
△E=Q＋W
其中△E是體係內能的變化，Q是體係從外界吸收的熱量，W是外界對體係所做的功。這就是著名的熱力學第一定律的數學表達式，也就是能量守恒定律的數學表達式。應用上述公式時，要注意各種物理量的正、負號，即：
△E──（＋）體係內能增加，（－）體係內能體係減少；
Q──（＋）體係吸收熱量，（－）體係放出能量；
W──（＋）外界對體係做功，（－）體係對外界做功
例如1.00g乙醇在78.3℃時氣化，需吸收854J的熱，這些乙醇由液態變成氣態，在101kPa壓力下所做的體積膨脹功為63.2J，這是體係對外界所做的功，應為負值，所以該體係內能的變化△E＝[854＋（－63.2）]J=+791J，△E為正值，即體係內能增加了791J。
能源的利用，其實就是能量的轉化過程。如煤燃燒放熱使蒸汽溫度升高的過程就是化學能轉化為蒸汽內能的過程；高溫蒸汽推動發電機發電的過程是內能轉化為電能的過程；電能通過電動機可轉化為機械能；電能通過白熾燈泡或熒光燈管可轉化為光能；電能通過電解槽可轉化為化學能等等。柴草、煤炭、石油和天然氣等常用能源所提供的能量都是隨化學變化而產生的，多種新能源的利用也與化學變化有關。化學變化的實質是化學鍵的改組，所以了解化學鍵及鍵能等基本概念，將有助於加深對能源問題的認識。這些常用能源的主要成分為碳元素及其化合物，所以讓我們先複習有關碳的化學知識。