مما لا شك فيه أن مصطلح الطاقة وما يتعلق به من أعقد المصطلحات وأهمها في دراسة العلوم الفيزيائية والحوية بوجه عام، فالطاقة هي سر من أسرار الكون وسر من أسرار نشأته واستمراره وما يطرأ عليه من تغييرات على مدار العمر الكوني، ونظراً لأهمية هذا المصطلح ودخوله في كل تفاصيل الحياة بشتى أنماطها وظروفها فسنتناول مفهوم الطاقة وصورها وما يتعلق بها من المحاور في بحث شامل ومبسط، نقدمه بين يديك عزيز القارئ فتابعنا.
تعريف الطاقة
توجد عدة تعريفات للطاقة لعل أشهرها ما يلي:
- الطاقة: هي القدرة على القيام بعمل ما.
- الطاقة: هي القدرة على إحداث تغيير.
- الطاقة: هي إحدى خصائص المادة والتي يمكن تحويلها إلى عمل أو اشعاع أو حرارة.
وهذه التعريفات وغيرها تتفق جميعاً على أن الطاقة هي سر من أسرار التغيير والتحول، والقدرة على عمل الأشياء، وهي صورة كامنة من صور الحياة الدائمة وفقاً لقانون بقاء الطاقة، فإن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم وإنما تتحول من صورة إلى أخرى، كذلك يمكن القول أن الطاقة والمادة وجهان لعملة واحدة.
صور الطاقة وأشكالها
إن الطاقة توجد بمقدار ثابت في الكون وتتخذ صوراً مختلفة كما أنها تتحول من صورة لأخرى بفعل التعرض للمؤثرات الخارجية، وقد يتطلب تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى إجراء بسيط مثل تحويل الطاقة الكيميائية إلى ضوء في بطارية كشاف أو مصباح، وقد تتطلب تقنيات معقدة وكثيرة مثل تحويل الطاقة الشمسية إلى كهربائية، وعلى الرغم من وجود أشكال كثيرة للطاقة إلا أنه هذه الأشكال تدخل جميعاً ضمن إطار واحد من اثنين وهما الطاقة الحركية والطاقة الكامنة.
١. الطاقة الحركية
هي الطاقة الناشئة عن حركة الأجسام، والتي يمكن معها أحداث تغيير أو إنجاز شيء ما، مثل قذف جسم ما على الحائط فإن هذه الحركة تمكن هذا الجسم من أحداث تأثير ما أو تغيير ما في هذا الحائط. ولعل أهم صور تلك الطاقة ما يلي:
طاقة الحركة
هي صورة من صور الطاقة المختزنة في الجسم المتحركة بفعل هذه الحركة، والتي يتناسب تخزينها طردياً مع سرعة هذه الأجسام، والتي تتحرر عند توقف الأجسام عن الحركة، ولعل طاقة الرياح هي أحد أمثلة تلك الصورة.
الطاقة الصوتية
الطاقة الصوتية هي طاقة تنتج عن تأثير قوة معينة على مادة ما، وتتخذ صورة موجات طولية تنتقل عبر المواد، وتعد الطاقة الصوتية الناتجة عن الصوت أقل من صور الطاقة الأخرى.
الطاقة الكهربائية
هي صورة طاقية تنتج عن سريان الالكترونات (جسيمات صغيرة مشحونة) عبر الأسلاك الكهربائية، ومن أمثلتها البرق.
الطاقة الحرارية
الطاقة الحرارية هي طاقة تنشأ عن حركة الذرات والجزيئات المكونة لمادة ما، وتتناسب قوة تلك الطاقة طردياً مع سرعة حركة تلك الجسيمات ومن أمثلة هذه الصورة من الطاقة: الطاقة الحرارية الأرضية.
الطاقة الإشعاعية
الطاقة الإشعاعية هي صورة من الطاقة الكهرومغناطيسية التي تنتقل وتتحرك على هيئة موجات مستعرضة، وتضم كل من الأشعة السينية وأشعة جاما والضوء المرئي وموجات الراديو، ومن أمثلة تلك الطاقة: الطاقة الشمسية.
٢. الطاقة الكامنة
تعرف الطاقة الكامنة بأنها طاقة توجد في الأجسام نتيجة علاقة تلك الأجسام بغيرها ووجودها بترتيب معين، فتؤثر على بعضها البعض بقوة معينة وفقاً لهذا الترتيب، ويتم تخزين تلك الطاقة أو تحريرها وفقاً لتغيير ترتيبها وعلاقتها، مثلا عند وضع جسم ما على الأرض فإن هذا الجسم يؤثر على الأرض ويتأثر بها بفعل الجاذبية، بينما ينعدم هذا التأثير لو وضع الجسم في الفراغ، ومن صور الطاقة الكامنة وأشكالها ما يلي:
طاقة وضع الجاذبية
هي صورة من الطاقة المختزنة في الأجسام جراء تأثرها بقوة الجاذبية، وهي تتناسب طردياً مع وزن الجسم وارتفاعه عن الأرض، ومن أمثلتها الطاقة الكهرومائية.
الطاقة النووية
هي طاقة كبيرة جدا مختزنة في أنوية الذرات وهي التي تجمع مكونات تلك الأنوية في ترتيب معين وعلاقة ثابتة، فإذا تم تغيير هذا الترتيب بالدمج أو الانشطار تتحرر الطاقة النووية الكامنة في صورة انبعاثات إشعاعية عالية جداً.
الطاقة الكيميائية
هي عبارة عن طاقة مختزنة في الأجسام في الروابط الموجودة بين الجزيئات والذرات، والتي تنطلق وتتحول إلى طاقة حرارية عند تغيير تلك الروابط بتعرضها لتأثيرات كيميائية معينة، مثل تحويل الطاقة الكيميائية في الخشب إلى طاقة حرارية عند تعرضه للاحتراق.
الطاقة الميكانيكية
هي عبارة عن طاقة كامنة في الأجسام بفعل تعرضها للضغط أو الشد، مثل الطاقة المختزنة في زنبرك أو أشرطة مطاطية.
أهمية تحولات الطاقة
توجد صور الطاقة الأولية المختلفة في الطبيعة ومصادرها المتعددة مثل النفط والغاز والطاقة الميكانيكية، والنووية الكيميائية، ولكن قد يصعب استغلالها أو الاستفادة منها وهي في تلك الصور الأولية فيتم تحويلها إلى صور الطاقة الثانوية مثل الطاقة الكهربائية التي يستفاد بها في أغراض كثيرة مثل تشغيل الآلات والأجهزة، ومنها تحويل الطاقة الكيميائية الموجودة في روابط جزيئات البنزين إلى طاقة ميكانيكية لتشغيل محركات السيارات.
أين تكمن أهمية الطاقة؟
إن الطاقة كما قلنا آنفاً هي سر الحركة والحياة في الكون كله، فلولاها لما كان هناك حركة ولا تغيير ولا إنجاز يذكر حيث أنها عنصراً أساسياً تعتمد عليه حركة الحياة في النشاط اليومي للأفراد والمجتمعات والآلات، فهي تستهلك على مختلف الأصعدة لتدور عجلة الحياة، ومن أوجه الأهمية للطاقة ما يلي:
- استهلاك الطاقة في قطاع إنتاج الكهرباء من خلال المحطات والمنشئات الخاصة بتوليد الكهرباء والتي تعد ضرورة لتشغيل قطاعات مختلفة عامة وخاصة مثل المصانع والشركات والمنازل وغيره.
- استهلاك الطاقة ضروري في قطاع النقل والمواصلات حيث تحتاج عملية تشغيل وسائل النقل المختلقة من الشاحنات والطائرات والمركبات العامة والخاصة والحافلات وغيره إلى منتجات النفط كالبنزين والديزل غيره للحصول على الطاقة اللازمة لعملها.
- استهلاك الطاقة ضروري في قطاع الصناعات حيث تحتاج المصانع في عمليات التعدين والإنشاءات والصيد وغيره إلى طاقات عالية جداً.
- استهلاك الطاقة ضروري لكل من القطاعات التجارية والسكنية والتي تشمل المنازل والمستشفيات والمتاجر والمكاتب، والمطاعم والمدارس والجامعات وغيره حيث تستخدم الطاقة في تلك القطاعات لأغراض كثيرة منها تشغيل الأجهزة والتبريد والتدفئة والإضاءة والتسخين وغيره.
مصادر الطاقة
تصنف مصادر الطاقة من حيث إمكانية انتهائها أو استمرارها إلى قسمين، وهما مصادر متجددة وأخرى غير متجددة.
المصادر المتجددة
وهي التي لا تتعرض للنفاذ بل هي مستمرة ويتم تجديدها طبيعياً وتتميز بنظافتها غير أنها غير قابلة للتخزين كما يصعب استخدامها ومن أمثلتها:
- الطاقة الشمسية.
- طاقة الرياح.
- الطاقة الحرارية الأرضية.
- طاقة الكتلة الحيوية.
- الطاقة الكهرومائية.
المصادر غير المتجددة
تتميز بأنها قابلة للنفاذ يوماً ما وتسبب أضرار للبيئة غير أنها متاحة وغير مكلفة في استخدامها ويمكن تحويلها إلى صور الطاقة المختلفة، ومن أهم أمثلتها:
- الفحم، وهو أحد أشكال الوقود الحفري الملوث للبيئة.
- البترول، هو سائل سام قابل للاشتعال يستخرج من باطن الأرض.
- الغاز الطبيعي، هو غاز يتكون بشكل أساسي من الميثان ويعد أقل تلوثاً للبيئة مقارنة بالفحم.
- اليورانيوم.
خاتمة البحث
باستعراض تلك العناصر نكون قد انهينا بحثنا حول الطاقة وقد استعرضنا فيه ما نتيسر من العناصر الأساسية مثل مفهوم الطاقة وصورها وأهميتها للقطاعات المختلفة.