الطاقة هي الشكل الأساسي للحياة لجميع الكائنات الحية . هناك اشكال مختلفة من الطاقة علي كوكب الارض , تعتبر الشمس الشكل الأولي للطاقة علي الارض .
غيرت الطاقة علي مر العصور في الحضارة الانسانية , لقد كانت لها دور كبير فى مساعدة الانسان في القيام بالكثير من المهام والاعمال التي كان من الصعب وبل ومن المستحيل القيام بها سابقاً . لقد مكنت الطاقة الانسان من ركوب البحار وتحريك السيارات وطهي الطعام واضاءة المنازل وصناعة المنتجات , وحتي ارسال الرحلات الي الفضاء .
مفهوم الطاقة ( ما هي الطاقة ) ؟
الطاقة - Energy , هي القدرة علي القيام بالعمل او احداث تغيير . الطاقة موجودة في كل شئ حولنا وبأشكال مختلفة مثل ( الطاقة الحركية , الحرارية , الكهربائية , الكيميائية , النووية وغيرها ) , ولا يمكننا دائما رؤية الطاقة أو لمسها او امساكها .
قياس الطاقة ( وحدات الطاقة )
تقاس الطاقة بالجول ( J ) - وهي فى النظام الدولي للوحدات تساوي الشغل المبذول بواسطة قوة مقدارها واحد نيوتن تعمل علي مسافة متر واحد . ويتم التعبير عن الطاقة ايضاً من خلال العديد من الوحدات الاخري مثل السعرات الحرارية , الكيلوواط / ساعة , الحصان , وغيرها
قانون الطاقة
لا تخلق الطاقة من العدم ولا يمكن تدميرها ( الطاقة لا تفني ولا تستحدث من عدم ) , بل يمكن تغييرها من شكل الي اخر ويمكن ايضاً تحويل المادة الي طاقة والعكس . ويعرف هذا المبدأ باسم ( حفظ الطاقة ) او القانون الأول للديناميكا الحرارية
 |
| جيمس جول ( 1818 - 1889 ) , عالم فيزياء انجليزي طور أول قانون للديناميكا الحرارية |
يمكن تقسيم جميع انواع الطاقة الي فئتين مختلفتين
- الطاقة الحركية : وهي الطاقة المرتطبة بحركة الجسم .
- الطاقة الكامنة / المخزنة : وهي الطاقة المرتبطة بالموضع النسبي او التركيب او الحالة الخاصة بجسم ما .
| الطاقة الحركية | الطاقة الكامنة |
|---|---|
| الطاقة الكهربائية : حركة الشحنات الكهربائية .كل شئ مكون من الذرات والتي بدورها تتكون من نواة موجبة محاطة بالالكترونات السالبة . يؤدي تحريك هذه الالكترونات الي توليد الكهرباء . | طاقة الجاذبية : الاجسام الموجودة في مجال الجاذبية للأرض تسقط بأتجاة الارض . تعتمد كمية الطاقة الكامنة علي الكتلة والارتفاع عن سطح الارض . |
| الطاقة المشعة : الطاقة الكهرومغناطيسية التي تتحرك فى موجات . وتشمل ذلك الضوء المرئي والأشعة السينية وموجات الراديو . | الطاقة المرنة : الاجسام التي يتم شدها لها قوة مطبقة عليها وتخزن الطاقة من هذه القوة . وتشمل الاربطة المطاطية . |
| طاقة الصوت : موجة تخرج من مصدر نتيجة اهتزاز الجزيئات الموجودة علي جسم ما . | الطاقة الكيميائية : مخزنة في الروابط التي تربط الذرات ببعضها , وعندما تنكسر الروابط , يتم اطلاق الطاقة . |
| الطاقة الحركية : الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته . ويعتمد علي كتلة الجسم وسرعته التي يتحرك بها . | الطاقة النووية : الطاقة المخزنة فى نواة الذرة . يتم اطلاق الطاقة عندما تنفصل النواة عن بعضها ( الانشطار النوي ) او تتحد مع بعهضا ( الاندماج النووي ) . |
يمكن تحويل الطاقة من شكل الي اخر بعدة طرق أخري وهذه بعض الامثلة :
- يحتوي الطعام الذي نأكلة علي الطاقة الكيميائية , والتي تخزن فى الجسم ويتم استخدامها كطاقة حركية اثناء العمل او اللعب .
- يمكن تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة فى الفحم أو الغاز الطبيعي الي انواع اخري من الطاقة مثل الطاقة الكهربائية .
- عندما نقوم بتشغيل التلفزيون , يتم استخدام الكهرباء لأنشاء الصورة علي الشاشة والصوت .
مصادر الطاقة
مصادر الطاقة المتجددة
ويطلق عيها ايضاً مصادر الطاقة النظيفة , هي التي يمكن تجديدها بسهولة وهي مصادر مستدامة لا تنفذ مع الاستهلاك ومثال عليها ( الطاقة الشمسية , الرياح , المياة , المخلفات الزراعية , امواج البحر وموجات المد والجزر وغيرها ) .
- الطاقة الشمسية : ضوء الشمس هو أحد موارد الطاقة الأكثر وفرة والمتاحة علي كوكبنا. كمية الطاقة الشمسية التي تصل الارض فى ساعة يمكن ان تلبي احتيجات البشر من الطاقة لمدة عام كامل . علي الرغم من انه يبدو مصدراً مثالياً للطاقة المتجددة , الا ان كمية الطاقة الشمسية التي يمكن استخدامها تختلف خلال الوقت من اليوم , والمواسم بالاضافة الي الموقع الجغرافي .
- طاقة الرياح : يعد مصدر وفير للطاقة النظيفة وتساهم طاقة الرياح بشكل متزايد فى توليد الطاقة الكهربائية باستخدام التوربينات لتشغيل المولدات التي تغذي شبكة الكهرباء .
- الطاقة الكهرومائية : كالسدود والتي من خلالها يتدفق الماء عبر توربينات السد لانتاج الكهرباء .
- الحرارة الارضية ( الحرارة الجوفية ) : وهي الحرارة المحتجزة تحت القشرة الارضية منذ تكون الارض منذ اكثر من 4.5 مليار سنة . في بعض الاحيان تتسرب كميات كبيرة من هذه الحرارة بشكل طبيعي مما يؤدي الي حدوث انفجارات بركانية او سخانات ارضية . ويمكن استغلالها من خلال البخار والذي يتم ضخه تحت السطح .
- الهيدروجين : عند فصل الهيدروجين عن عناصر اخري يمكن استخدام ذلك لانتاج الوقود والكهرباء .
- الكتلة الحيوية : الطاقة الحيوية هي طاقة متجددة مشتقة من الكتلة الحيوية . الكتلة الحيوية هي مادة عضوية تأتي من النباتات والكائنات الحية .
مصادر الطاقة غير المتجددة
لا يمكن تجديدها بسهولة ويمكن تعريفها علي انها الطاقة المستمدة من موارد طبيعية تنفذ عند استخدامها ومثال عليها ( الفحم , الغاز الطبيعي , البترول , اليورانيوم )
- الفحم : يأتي الفحم من بقايا النباتات التي ماتت منذ مئات ملايين السنين , وهو يحتوي علي أعلي نسبة من الكربون بيع جميع انواع الوقود الاحفوري الاخري .
- البترول ( النفط ) : يمكن استخراجة وتكريره من أجل تصنيع منتجات مثل البنزين والديزل ووقود الطائرات وغيرها .
- الغاز الطبيعي : تشكل الغاز الطبيعي من خلال بقايا النباتات والحيوانات البحرية الصغيرة والتي ماتت منذ ملايين السنين , ويتكون بشكل رئيسي من الميثان .
- الطاقة النووية : تنتج هذه الطاقة نتيجة اما اندماج نوي الذرات او الانقسام ( الانشطار ) , وتنتج محطات الطاقة النووية الكهرباء من خلال الانشطار النووي .
الطاقة في العصر الحديث
بسبب المشاكل المرتبطة باستخدام الوقود الاحفوري , اصبحت مصادر الطاقة البديلة مهمة في عالم اليوم . وهذه الطاقة مثل الشمس والرياح هي متجددة ولا يمكن استنفاذها . وتعرف باسم المصادر غير التقليدية للطاقة . ويمكن ان يقلل استخدمها بشكل كبير من التلوث الكيميائي والاشعاعي والحراري .
شهد اجمالي استهلاك الطاقة التجارية نمواً هائلاً منذ العقد الماضي . تضاعف نصيب الفرد من الاستهلاك التجاري للطاقة فى البلدان النامية .
حوالي 15 % من سكان العالم الذين يعيشون فى الدول الصناعية الغنية يستهلكون أكثر من نصف الطاقة المستخدمة فى العالم . زاد عدد السيارات المستخدمة فى جميع انحاء العالم بأكثر من الضعف منذ عام 1970 .
من جانب اخر , خلال الخمس والعشرون سنة الماضية اتجهت انظار العالم الي الطاقة النظيفة , وزادت حصة العالم من الطاقة الأولية المشتقة من الغاز الطبيعي ( وهو انظف وقود أحفوري ) بأكثر من 25 % وكذلك الامر بالنسبة لاستخدام وتوليد مصادر الطاقة المتجددة .
تظل مشكلة الكفاءة في انتاج الطاقة قائمة , حيث انه يتم فقدان او اهدار اكثر من 90 % من الطاقة المستهلكة فى عملية التحويل من المواد الخام مثل الفحم الي انواع الطاقة الاخري مثل الكهرباء