You are here

hopelelm.com

 

طبيعة الطاقة

الطاقة energy هى الشىء الكامن فى المادة الذى يعطى المقدرة على اداء عمل ما.  فأنت تستخدم الطاقة فى كل مرة تصعد السلم، وعندما تتنفس، او تتحرك او تقفز او تقع او تفكر او تنفجر ضاحكا او باكيا او تقو م بأى شىء.   فإنك تكون قادرا على عمل تلك الانشطة بسبب وجود الطاقة فى داخلك.  وفى هذه اللحظة،  تعمل بلايين الخلايا فى جسمك بجد لتحويل الطعام الذى تناولته اليوم الى طاقة كيميائية ضرورية لحياتك اليوم.

كما ان الطاقة فى الغلاف الجوى تولد الرياح الكاسحة، والعواصف القوية. وفى اللحظة الحالية، تعمل الطاقة الحرارية فى اعماق باطن الارض وتحرك القارة التى تقف عليها الان.

الطاقة فى كل مكان من حولك، فى الغلاف الجوى الذى يتغير دائما، وفى البحار التى لاتهدأ، وفى الميكروبات التى لاتراها بالعين المجردة، وفى الاشجار الضخمة ، وفى جميع الموجودات، فالطاقة تؤثر على كل شىء فى هذا الكون.

تعرف الطاقة علميا على انها القدرة على بذل الشغل work، اى القدرة على عمل شىء ما.  والشغل هو بذل قوة لتحريك جسم ما فى حالة سكون او ايقاف جسم متحرك خلال مسافة.  وبهذا فالطاقة تكون مرتبطة مع بذل قوة ما.  فعندما يتم التعبير عن الطاقة ببذل الشغل على جسم ما، تكون هناك قوة تؤثر على هذا الجسم.  فعندما يحترق البنزين فى السيارة، تنطلق منه طاقة تبذل قوة لتؤثر على عجلات السيارة لتتحرك لمسافة ما.  وعندما تصعد الى اعلى السلم، فإن الطاقة الكامنة فى عضلاتك تبذل قوة ترفعك عكس قوة الجاذبية الارضية لاعلى لمسافة معينة.   وعندما تتنفس، فإن الطاقة الكامنة فى رئتيك تجعلها تبذل قوة لدفع الهواء الى الخارج او الداخل لمسافة معينة.

وهناك بعض الامور الاساسية التى يجب ان نعرفها عن الطاقة وطبيعتها:

1- ان "الطاقة لا تستحدث من العدم ولاتفنى ولكن تتحول من شكل الى آخر" وهذا هو القانون الاول لعلم الديناميكا الحرارية (قانون بقاء الطاقة)، ويعنى ذلك ان الطاقة لاتنبع من العدم، اى انها موجودة دائما فى هذا الكون، وانها لاتختفى فى العدم.   وفى حالة اختفائها الظاهرى، فهى تكون قد تحولت الى شكل اخر، او انتقلت الى مكان اخر. كما يعنى هذا القانون انه عندما تتغير الطاقة من شكل لاخر فإن كمية الطاقة فى النهاية تكون مساوية لكمية الطاقة التى كانت فى البداية. 

2- ان الطاقة توجد فى عدة اشكال او صور  مثل الطاقة الكهربية والطاقة الحركية والطاقة الكامنة (طاقة الوضع).

3- انه عند انتقال الطاقة من مكان لاخر،  فإنها تنتقل من المستوى  الاعلى طاقة الى المستوى الاقل طاقة.

تتحول الطاقة بصفة مستمرة من شكل لاخر او تنتقل من مكان لاخر، فى تسلسل لا ينتهى.   ويبدأ هذا التسلسل فى تحولات الطاقة من الشمس.    ففى الشمس،  يتم تحويل المادة الى طاقة كهرومغناطيسية  تنطلق فى الفضاء وتصل الى الارض فى صورة اشعة الشمس.  وتقوم النباتات على الارض بأصطياد الطاقة الكهرومغناطيسية فى الاشعة وتحويلها الى طاقة كيميائية ، بواسطة عملية التمثيل الضوئى    photosynthesis  الذى ينتج عنها تصنيع المواد الكربوهيداتية (مواد عضوية تحتوى على جزء من الطاقة التى جاءت من الشمس).  وكما يوضح الشكل التالى، تستخدم طاقة الضوء light energy فى صناعة المواد الكربوهيدراتية من غاز ثانى اكسيد الكربون carbon dioxide الموجود فى الهواء والماء  water الموجود فى التربة.

 

وبع د ذلك،تتغذى الحيوانات عل النباتات فتحصل منها على الطاقة الكيميائية المخزنة فى المواد الكربوهيدراتية وتستخدمها فى بناء اجسامها (كما هو موضح فى الشكل التالى) .  ثم يأكل الانسان النباتات والحيوانات فيحصل على الطاقة الكيميائية الموجودة فى انسجة النباتات والحيوانات،  ويستخدمها الجسم ويحولها الى شغل work وحرارة heat للقيام بجميع العمليات الحيوية اللازمة للحياة.   فعندما تتحرك وتقفز فإن عضلاتك تحول الطاقة الكيميائية فى الغذاء الى طاقة حركية، ولكن جزء اخر يتحول لحرارة . 

 

وبمرور الوقت، تموت النباتات والحيوانات وتدفن فى طبقات تحت الارض. ومع مرور فترات طويلة من الزمن، وبفعل الضغط الداخلى فى باطن الارض، تتحول المادة العضوية فى الكائنات الحية الميتة الى فحم.  وبهذا فالطاقة التى كانت فى الكائنات الحية انتقلت الى الفحم.  وبعدها يستخدم الفحم فى انتاج الكهرباء التى تستخدم فى جمبع نواحى الحياة.  وعند انارة مصباح الكهرباء، يتم استخدام الطاقة الكهربية فى تسخين الفتيلة  فى المصباح ليتوهج ويعطى الضوء ويصاحب ذلك انتاج حرارة.  ولكن هذه الحرارة لاتظل فى المصباح، وانما تنتقل منه الى خارج المصباح وتنتشر فى الحجرة وتجعلها اكثر دفأ عما قبل اضاءة المصباح (حتى لو لم تشعر بالدفء).  وتظل الحرارة تنتقل من مكان له حرارة اعلى الى مكان اخر اقل فى الحرارة.  فتنتقل الى خارج الحجرة ثم خارج البيت ثم الى طبقات الهواء ثم بعيدا عن كوكب الارض الى الفضاء الخارجى.  وهكذا تستمر تحولات الطاقة وانتقالها من مكان لاخر فى كوننا الشاسع.


وهناك نوعان أساسيان من الطاقة:  الطاقة الحركية  kinetic energy والطاقة الكامنة او طاقة الوضع potential energy. 


الطاقة الحركية هى الطاقة التى توجد فى الشىء لانه يتحرك.  وكما يوضح الشكل التالى، فالدراجة الثابتة على قمة هضبة مثلا، ليس لها طاقة حركية (لها طاقة كامنة)، ولكن عندما تقودها وتحركها (اثناء الصعود او الهبوط)  تصبح لها طاقة حركية.  كذلك الكرة التى توجد ساكنة بجوار المنزل ليس لها طاقة حركية (لها طاقة كامنة) ولكن عندما تلعب بها وتدحرجها على الارض فإنها تكتسب طاقة حركية.  وتوجد الطاقة الحركية فى عدة انواع منها الطاقة الكهربية، والطاقة الكهرومغناطيسية، والطاقة الصوتية. 

 


والطاقة الكامنة هى طاقة لاتقوم بعمل،  ولكنها نوع من الطاقة المخزنة فى انتظار ان يتم تحريرها وتحويلها الى نوع اخر من الطاقة.  فمثلا يحتوى كل من الخشب والفحم والوقود والاغذية على طاقة وضع مخزنة فى المركبات الكيميائية لهذه المواد، فى انتظار ان تتحول الى اشكال اخرى، عند احتراقها.  ويوضح الشكل التالى، ان اى شىء يوجد على ارتفاع اعلى من مستوى الارض، يكون له طاقة كامنة لانه يقاوم تأثير جاذبية الارض.   وعندما يتم دفعه ، يقع ويسقط من اعلى الى اسفل، وعندها تتحول الطاقة الكامنة فيه الى طاقة حركية.  وتوجد الطاقة الكامنة فى عده انواع منها الطاقة النووية، والطاقة المطاطية، وطاقة الجاذبية، والطاقة الكيميائية