Salah satu cara untuk menentukan energi adalah dengan observasi. Jika kita melihat sesuatu yang tidak terjadi dengan sendirinya, maka berarti ada beberapa energi yang dikeluarkan. Misalnya mobil tidak akan bisa naik ke atas bukit sendiri, pasti ada beberapa energi membuatnya demikian. Ketika mobil turun, kita bisa melihat bahwa mobil tersebut tanpa menggunakan energi apapun.
Seperti mobil naik bukit, apa pun yang akan diangkat melawan gravitasi akan memerlukan beberapa energi. Untungnya, energi ini memiliki potensi untuk digunakan lagi. Misalnya, energi pemain ski untuk naik gunung bisa digunakan untuk mendorong pemain ski menuruni lereng.
Jadi dapat disimpulkan hanya ada dua jenis energi, yaitu yang melakukan pekerjaan, dan yang lainnya menunggu untuk melakukan pekerjaan.
Ketika suatu kereta melakukan pekerjaan, kita melihatnya mendorong atau menarik, bercahaya, atau mengubah suhu. kereta ini menggunakan energi dalam tiga cara karena itu menarik mobil, memanasi udara sekitarnya, dan menyalahkan atau mematikan lampu. Energi yang menunggu untuk melakukan pekerjaan (mempunyai potensi untuk bekerja) disebut energi potensial dan dikenal dalam 3 cara:
1) Berada di atas permukaan tanah
Gambar atas sebelah kiri adalah pile driver ( mesin pemancang tiang). bagian yang berat (driver) diangkat ke atas alat pengebor. Berat kini memiliki energi potensial. Karena jatuh energi potensial menjadi energi kinetik (energi bergerak). Ketika mengenai tiang(tumpukan/tiang pancang) di bagian bawah, energi yang digunakan untuk menggerakkan tiang dilanjutkan ke dalam tanah. Ini adalah cara cerdas untuk memberikan banyak kekuatan. Pegulat menggunakan manuver pile driver ini dengan mengangkat lawan dan membiarkan gravitasi melakukan pekerjaan sehingga kepala lawan jatuh ke tikar.
Di sebelah kanannya adalah Bendungan Hoover. Danau Mead ditahan dengan bendungan. Danau Mead berada lebih tinggi dari tanah di bawah bendungan. Ini berarti air di danau memiliki banyak energi potensial. Energi ini disadap ketika air dibiarkan mengalir menuruni bukit (energi kinetik) dan spin turbin.
2. Sesuatu yang ditekan dengan berbagai cara
Sebuah perangkap set tikus memiliki pegas yang telah dikompresi (atau diregangkan), dan itu diam di tempatnya dan siap untuk mengubah energi potensial ini menjdi energi kinetik sebagai kawat perangkap untuk membalik ke sisi lain. Sebuah tangki udara terkompresi juga memiliki energi potensial. Jika alat udara terpasang energi potensial digunakan untuk mendorong piston yang membuat alat udara menjadi berputar atau bergetar.
Energi kimia merupakan jenis energi potensial. Hal ini mirip dengan menaikan benda melawan gravitasi (seperti mesin pelantak)tetapi bukan objek bergerak melawan daya tarik gravitasi, melainkan benda yang bergerak terhadap daya tarik terhadap muatan positif dan negatif. Untuk menggambarkan hal ini, Â kita dapat lihat yang paling sederhana dari elemen, hidrogen.
Atom hidrogen terdiri dari satu proton (+) dan satu elektron (-). proton berada di pusat (inti) atom. proton memilki massa 2.000 kali lebih berat daripada elektron. elektron ringan dan sangat mudah bergerak. Diagram diatas menunjukkan elektron sebagai bola mengorbit inti. Ini adalah pandangan sederhana dari sebuah elektron. Elektron lebih seperti seperti bola awan. Jika sebuah elektron bergerak lebih jauh dari proton dibutuhkan energi karena mereka tertarik satu sama lain (seperti gravitasi). Semakin jauh elektron telah dipindahkan jauh dari proton, semakin banyak energi yang dibutuhkan, dan energi yang lebih potensial yang tersimpan dalam elektron. Ketika elektron turun kembali lebih dekat dengan proton, akan mengkonversi energi potensial menjadi energi cahaya. Energi cahaya bisa dalam bentuk inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, atau bahkan cahaya xray.
Energi kimia disimpan dalam bahan bakar seperti metana (gas alam) dan bensin. Kita lihat bagaimana metana menggabungkan dengan oksigen (pembakaran) menghasilkan jenis energi potensial.
Ketika metana bertabrakan dengan oksigen pada kecepatan tinggi (yang disebabkan oleh api atau percikan), ada penataan ulang atom. Dua dari atom oksigen akan menggabungkan dengan atom empat hidrogen (H) untuk membentuk dua molekul air (H2O). Atom dua oksigen lainnya akan bergabung dengan atom karbon metana membentuk karbon dioksida. Mengapa ini bisa menghasilkan tenaga?
Diagram dibawah ini yang sama seperti di atas, kecuali semua proton dan elektron hidrogen, karbon, dan oksigen telah ditunjukkan. Hidrogen memiliki satu proton dan satu elektron. Karbon memiliki enam proton dan enam elektron. Oksigen memiliki 8 proton dan 8 elektron. Ingat elektron semua ditarik oleh proton (jenis seperti Bumi menarik pada objek di Bumi).
Energi akan dilepaskan selama penataan ulang secara keseluruhan, pada awalnya elektron lebih dekat ke proton. Ketika elektron pada atom hidrogen yang jauh mendekat lagi, energi dilepaskan. Hal yang sama terjadi di sini pada semua elektron yang terlibat. Elektron “bergerak” lebih dekat dengan nukleus hal ini berarti bahwa beberapa energi potensial akan dikonversi menjadi cahaya. cahaya adalah cahaya tampak yang kota lihat dalam gambar ditambah banyak cahaya inframerah, yang merupakan panas yang memancar dari api. Dari mana mereka mendapat energi?
Di atas, kita melihat foto-foto Danau Mead, lokomotif, dan atlet angkat berat. Tapi dari mana energi berasal, darimana yang air di Danau Mead yang mengasilkan energi potensial untuk menghasilkan listrik di bendungan? darimana lokomotif dapatkan diesel untuk menghasilkan daya mesin? darimana lifter angkat berat mendapatkan makanan dan kalori untuk mengangkat barbel?
Matahari adalah sumber utama energi yang kita gunakan di Bumi. Hujan yang turun dan mengisi dana Mead berasal dari energi matahari menguapkan air dari lautan. Diesel untuk kereta berasal dari tanaman yang tumbuh dengan energi matahari dan akhirnya menjadi minyak bumi. Atlet berat mendapat kalori nya dari daging dan tumbuhan. Tanaman mendapat energi dari Matahari, dan daging berasal dari hewan yang makan tumbuhan yang mendapat energi dari Matahari
Gambar di bawah ini menunjukkan Matahari dan Bumi dan jarak antara mereka dengan skala yang tepat. Jika kita cukup jauh kembali untuk melihat Matahari dan Bumi bersama-sama, Matahari di sebelah kiri terlihat, tapi Bumi muncul sebagai titik lain terhadap bintang-bintang di latar belakang. Suhu ruang lebih dingin dari 400 derajat Fahrenheit di bawah nol. Tanpa Matahari, tidak hanya akan lautan bumi membeku, udara di atmosfer akan membeku juga.
Beruntunglah kita, karena mengingat jarak dan ukuran bumi yang relatif kecil, sangat mengejutkan bahwa kita mendapatkan begitu banyak energi dari matahari.
Matahari memancarkan sejumlah besar energi dalam bentuk cahaya tampak, sinar inframerah (cahaya panas), ultraviolet, dan sinar-X. Bumi memotong (menerima) cahaya matahari kurang dari satu triliun energi ini. Dengan kata lain, Matahari menempatkan energi yang cukup untuk memenuhi 2.000.000.000.000 (2 triliun) Bumi.
Gambar diatas diambil dari permukaan Mars. Bumi dipandang sebagai titik kecil. Jarak Mars sekitar 1 setengah kali jarak Bumi dari Matahari, yang berarti Mars mendapatkan kurang dari setengah energi dari Matahari daripada Bumi. Es di kutub Mars terbuat dari “es kering” (karbon dioksida beku) bukan air es.
Meskipun Matahari adalah sumber asal dari energi, kita menggunakan berbagai bentuk energi yang berasal selain dari matahari, diantaranya adalah sebagai berikut:
Bahan Bakar Fosil disebut bahan bakar fosil karena terbentuk dari tanaman mikroskopis jutaan tahun yang lalu (gambar bawah). Bahan bakar fosil termasuk gas alam, batu bara, dan fraksi minyak bumi seperti bensin, minyak, bahan bakar diesel, propana, butana, dan tar. Alam membutuhkan waktu 60-300 juta tahun untuk membuat bahan bakar ini, tapi kita mungkin menghabiskannya selama 17 sampai 70 tahun dari sekarang, tergantung pada konsumsi masa depan.
Energi angin merupakan sumber pertumbuhan energi terbarukan. Bahan bakar fosil yang tidak terbarukan (kecuali kita bisa menunggu 100 juta tahun). Tapi tenaga angin memperbaharui dirinya sendiri setiap hari sebagai energi matahari menciptakan pemanasan yang tidak merata dan angin diproduksi. California telah menggunakan tenaga angin cukup untuk sementara. Arizona akan mulai peternakan angin pertama tahun ini di dekat kota timur laut St. Johns.
Tenaga Nuklir merupakan sebagian kecil dari sumber energi di AS. Namun, Palo Verde pembangkit nuklir di dekat Phoenix, bertanggung jawab untuk sejumlah besar daya listrik Phoenix.
Energi matahari ditangkap dengan sel fotovoltaik (sel surya). Disebut Fotovoltaik karena energi cahaya (foto) digunakan untuk membuat tegangan (volta). sel surya menawarkan cara sederhana untuk mendapatkan listrik, setidaknya listrik DC (direct current) yang digunakan dalam pengisian baterai. Masalah dengan sel fotovoltaik adalah bahwa mereka mahal. Ini berarti kita akan menggunakan tiga panel photovoltaik seharga150 dolar  untuk mengoperasikan lampu di kulkas. Selain itu meskipun harganya bisa turun, kekurangan dari sel surya adalah hanya mengkonversi sekitar 15% dari sinar matahari menjadi listrik.
