1. ธรรมชาติ
1.1. ธรรมชาติ หมายถึง ลักษณะและ ปรากฏการณ์ทั้งทางด้านกายภาพและชีวภาพที่มีอยู่ ที่เกิดขึ้นเอง และเป็นวัฏจักร ธรรมชาติใดที่อำนวยประโยชน์แก่มนุษย์และธรรมชาติด้วยกันเอง จัดเป็น ทรัพยากรธรรมชาติ
2. พลังงาน
2.1. พลังงาน” ในภาษาไทยมาจากคำว่า “พลัง” และ “งาน” หมายถึง พลังต่าง ๆ ที่นำมาใช้ให้เกิดเป็นงาน
2.2. พลังงานทางวิทยาศาสตร์หมายถึง ความสามารถที่มีอยู่ในตัวของสิ่งต่าง ๆ ที่ให้แรงงานได้ หรือเป็น ความสามารถทำงานได้ใน ช่วงเวลาหนึ่ง หรือระยะทางหนึ่ง
2.3. แหล่งกำเนิดพลังงานตามธรรมชาติ แบ่งออกเป็น2แบบ
2.3.1. ทางตรง ดวงอาทิตย์ เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานตามธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุด เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานทั้งทางตรง ได้แก่ เป็นแหล่ง พลังงานรังสี พลังงานแสง พลังงานความร้อน
2.3.2. ทางอ้อม คือทำให้เกิด พลังงานคลื่น พลังงานลม พลังงานชีวมวล พลังงาน ฟอสซิล และไฟฟ้าพลังน้ำ
2.4. การจำแนกประเภทของพลังงาน
2.4.1. การจำแนกตามลักษณะการทำงาน นักวิทยาศาสตร์เชิงทฤษฎีแบ่งพลังงานออกเป็น 2 ประเภท
2.4.1.1. พลังงานศักย์ (potential energy) เป็นพลังงานที่แฝงอยู่ในสสาร
2.4.1.2. พลังงานจลน์ (kinetic energy) เป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ของสสาร
2.4.2. การจำแนกตามรูปแบบของพลังงาน จำแนกเป็น 5 ประเภท
2.4.2.1. 1 พลังงานรังสี (radiant energy) เป็นพลังงานในรูปของคลื่น
2.4.2.2. 2.พลังงานเคมี (chemical energy) เป็นพลังงานศักย์ที่แฝงอยู่ในโครงสร้างของสสาร เช่น พลังงานเคมีที่มีอยู่ใน น้ำมันเชื้อเพลิง
2.4.2.3. 3.พลังงานไฟฟ้า (electrical energy) เป็นพลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวัตถุที่เป็นตัวนำ ไฟฟ้าจึงจัดเป็น พลังงานจลน์
2.4.2.4. 4.พลังงานกล (mechanical energy) เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่โดยตรง ช่วงเวลาที่วัตถุยังไม่ เคลื่อนที่
2.4.2.5. 5.พลังงานปรมาณู (atomic energy) เป็นพลังงานที่ถูกปล่อยออกมาจากสารกัมมันตรังสีที่มีอยู่ตามธรรมชาติ
2.4.3. การจำแนกตามแหล่งที่มาของพลังงาน แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
2.4.3.1. 1.พลังงานต้นกำเนิด (primary energy) คือพลังงานที่มีอยู่แล้วตามธรรมชาติ สามารถนำมาใช้ได้โดยตรง
2.4.3.2. 2.พลังงานแปรรูป (secondary energy) เป็นพลังงานที่ได้จากการนำพลังงานต้นกำเนิดมาแปรรูป
2.4.4. การจำแนกตามลักษณะการใช้ประโยชน์ แบ่งได้ เป็น 2 ประเภท ได้แก่
2.4.4.1. พลังงานหมุนเวียน เช่น น้ำ แสง และลม เป็นต้น
2.4.4.2. พลังงานที่ใช้แล้วหมดไป เช่น ถ่านหิน และก๊าสธรรมชาติ เป็นต้น
2.4.5. การจำแนกตามลักษณะการผลิต แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
2.4.5.1. พลังงานตามแบบ (conventional energy) มีลักษณะการผลิตเป็นระบบศูนย์กลาง ขนาดใหญ่ ใช้เทคโนโลยีที่ พัฒนามาจนอิ่มตัวเช่น พลังงานน้ำ ปิโตรเลียม ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ
2.4.5.2. พลังงานนอกแบบ (non-conventional energy) มีลักษณะการผลิตที่ใช้เทคโนโลยีใหม่ที่อยู่ในระหว่างการทำ วิจัยและพัฒนา ได้แก่ ก๊าซจากมวลชีวภาพ พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม เป็นต้น
2.4.6. การจำแนกตามลักษณะทางการค้า แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
2.4.6.1. พลังงานทางพาณิชย์ (commercial energy) เป็นพลังงานที่ซื้อขายกันในวงกว้าง ผลิตในลักษณะ อุตสาหกรรม เช่น ไฟฟ้า น้ำมันปิโตรเลียม ก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น
2.4.6.2. พลังงานนอกพาณิชย์ (non-commercial energy) เป็นพลังงานที่ซื้อขายกันในวงแคบ ผลิตในลักษณะ กิจกรรมในครัวเรือน ใช้มากในชนบท เช่น ฟืน แกลบ ถ่านจากเศษวัสดุ เป็นต้น
2.5. การเปลี่ยนรูปพลังงาน
2.5.1. คือการเปลียนรูปพลังงานหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง เช่น พลังงานเคมีใน น้ำมันเชื้อเพลิงเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานกลทำให้รถยนต์เคลื่อนที่ และอีกส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นพลังงานรังสีในรูปของความร้อนใน เครื่องยนต์
2.5.1.1. กฎการอนุรักษ์พลังงาน หรือ กฎของอุณหพลศาสตร์ (thermodynamics) ข้อที่หนึ่ง กำหนดไว้ว่า “การเปลี่ยนรูป ของพลังงานนี้ พลังงานยังคงมีอยู่เท่าเดิม ไม่มีการสูญหาย ไม่มีพลังงานเพิ่มขึ้นมาเองโดยปราศจากแหล่งที่มา”โดย แปลความเชื่อมโยงถึงมนุษย์ไว้ 2 ประเด็น ดังนี้ ประเด็นแรก “พลังงานไม่สามารถถูกสร้างขึ้นหรือทำลายได้ แต่อาจเปลี่ยนรูปได้” ดังนั้น “ไม่มีใครหรือระบบใด สามารถได้อะไรมาโดยไม่ต้องลงทุนทำอะไรเลย” ประเด็นที่สอง “ไม่มีกระบวนการใดที่เกี่ยวข้องกับการไหลถ่ายเทพลังงานจะเกิดขึ้นได้ ยกเว้นแต่จะมีการเปลี่ยน รูปแบบพลังงานจากรูปแบบที่เข้มข้นไปสู่รูปแบบที่เจือจาง เนื่องจากต้องมีพลังงานบางส่วนเปลี่ยนไปอยู่ในรูปแบบของ พลังงานความร้อน จึงไม่มีกระบวนการใดที่เกิดขึ้นได้ด้วยตนเองแล้วจะมีประสิทธิภาพร้อยละ 100”
2.5.1.2. การเปลี่ยนรูปพลังงานในสิ่งมีชีวิต มี 4 แบบ ได้แก่
2.5.1.2.1. โฟโตเคมิคัล (photochemical) คือ การเปลี่ยนรูปพลังงานรังสีเป็นพลังงานเคมี เช่น กระบวนการ สังเคราะห์ด้วยแสง
2.5.1.2.2. อิเล็กโทรเคมิคัล (electrochemical) คือ การถ่ายพลังงานเคมีจากสารชนิดหนึ่งไปให้สารอีกชนิดหนึ่งเรารู้จักปฏิกิริยาเคมีนี้กันดีในชื่อ “ออกซิเดชัน- รีดักชัน (oxidation-reduction) เช่น ที่เกิดขึ้นในกระบวนการหายใจระดับเซลล์
2.5.1.2.3. เคมิคัล (chemical) คือ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีโดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของอะตอมในโมเลกุลขณะที่มี การเปลี่ยนแปลงทางเคมี
2.5.1.2.4. เมคานิคัล (mechanical) คือ การเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานกล เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อ
3. สิ่งแวดล้อม (Environment)
3.1. สิ่งแวดล้อม หมายถึง สถานะและปัจจัยที่อยู่ล้อมรอบสิ่งมีชีวิต และมีความสัมพันธ์แนบแน่นต่อการดำรงความเป็น สิ่งมีชีวิต
3.2. ลักษณะของสิ่งมีชีวิต ความเป็นสิ่งมีชีวิตประกอบด้วยลักษณะสำคัญ ดังนี้
3.2.1. มีโครงสร้างที่มีระบบระเบียบและซับซ้อนทั้งในระดับโมเลกุลที่เรียกว่า “ชีวโมเลกุล” ออร์แกเนลล์ ( organelle) เซลล์ (cell) เนื้อเยื่อ (tissue) อวัยวะ (organ) และร่างกาย (body) ตามลำดับ
3.2.2. มีกลไกสำหรับรักษาความเป็นปกติของความเป็นสิ่งมีชีวิต (metabolism) ได้ด้วยตนเอง
3.2.3. สืบทอดดำรงเผ่าพันธุ์ของตนเองได้ด้วยระบบการถ่ายทอดทางพันธุกรรม
3.2.4. เติบโตและมีพัฒนาการตามระบบระเบียบที่พันธุกรรมของเผ่าพันธุ์กำหนด
3.2.5. มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมอย่างมีประสิทธิภาพ ปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม
3.2.6. ตอบสนองต่อสิ่งเร้าทั้งจากภายในและภายนอก
3.3. ความสัมพันธ์ของกลุม่ สิ่งมีชีวิตในสิ่งแวดล้อม
3.3.1. ประชากร (population) หมายถึง กลุ่มของสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันในพื้นที่หนึ่งในช่วงเวลาหนึ่ง
3.3.2. สังคมชีวิต (community) หมายถึง กลุ่มของสิ่งมีชีวิตหลาย ๆ ชนิดในพื้นที่หนึ่งในช่วงเวลาหนึ่ง
3.3.3. ชีวนิเวศ (biome) หมายถึง สังคมชีวิตหลาย ๆ สังคมที่สัมพันธ์กัน อาศัยอยู่บนพื้นผิวโลกส่วนที่มีลักษณะของ สภาวะภูมิอากาศแบบเดียวกั
3.4. ระบบนิเวศ (Ecosystem)
3.4.1. สิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เช่น อากาศ น้ำ แสงอาทิตย์ ซึ่งจัดเป็นสภาพแวดล้อมทางกายภาพ
3.4.2. สิ่งแวดล้อมที่มนุษย์สร้างขึ้น ได้แก่ สิ่งแวดล้อมทางวัตถุ เช่น อาคาร ถนน และสิ่งแวดล้อมทางสังคม ได้แก่ ศาสนา ความเชื่อ ประเพณี เป็นต้น
4. . ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับสิ่งแวดล้อม
4.1. กระบวนการถ่ายทอดพลังงาน การที่สิ่งมีชีวิตจะรักษาความเป็นชีวิตอยู่ได้ต้องได้รับและใช้สสารและพลังงานจาก สิ่งแวดล้อม เมื่อใช้แล้วก็ต้องถ่ายเทสสารและพลังงานที่เสื่อมคุณภาพและไม่ต้องการ ออกสู่สิ่งแวดล้อมอยู่ตลอดเวลา
4.2. กระบวนการหมุนเวียนของสสาร ร่างกายของสิ่งมีชีวิตไม่สามารถสร้างสสารที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตได้เองทั้งหมดจึง จำเป็นต้องรับสสารจากสิ่งแวดล้อม ทำให้เกิดการหมุนเวียนของสสารระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมขึ้น
4.2.1. มีกฎเกณฑ์สำคัญที่เกี่ยวข้องกับวงจรการหมุนเวียนและการใช้สสารที่ เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตมีอยู่ 3 ประการ ได้แก่
4.2.1.1. กฎของการทนทาน (Law of Tolerance) สิ่งมีชีวิตสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ดี
4.2.1.2. กฎน้อยที่สุด (Law of Minimum) สิ่งมีชีวิตจะดำรงความมีชีวิตอยู่ได้เมื่อได้รับสสารที่ จำเป็นครบทุกชนิดใน ปริมาณที่เหมาะสม
4.2.1.2.1. กฎการอนุรักษ์สสาร (Law of Conservation of Matter) ในวงจรการหมุนเวียนของสสารระหว่าง สิ่งมีชีวิตกับ สิ่งแวดล้อมจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบของสสารสลับไปมาระหว่างการเป็นอินทรียสารกับอนินทรียสาร จะสามารถจำแนกสิ่งมีชีวิตในธรรมชาติออกได้เป็น 3 กลุ่ม ได้แก่