انواع اشكال الطاقة

أ‌.        انواع طاقة لم نناقشها في الصف السابع

أ.1 الطاقة الكيميائية

في النظام الذي تحدث فيه عمليات كيميائية، يحدث تغيير في المواد: المواد في بداية التفاعل (التي نسمِّيها مواد "متفاعلة") تختلف عن المواد الموجودة في نهاية التفاعل (النواتج). أثناء حدوث تفاعلات كيميائية، تتغير طاقة النظام: طاقة النواتج يمكن أن تزداد أو تقل نتيجة للتفاعل بالنسبة للطاقة في المواد المتفاعلة، هذا التغيير المتعلق بالتفاعلات الكيميائية يسمَّى تغييرًا في الطاقة الكيميائية.

ينبع التغيير في الطاقة الكيميائية من الحقيقة أن الذرات في المواد المتفاعلة تنفصل عن بعضها، من خلال فك الأربطة الكيميائية، حيث ترتبط هذه الذرات بصورة مختلفة وتُنتج روابط كيمائية جديدة، وتظهر مواد جديدة (النواتج). العمليات التي يتغير فيها مقدار الطاقة الكيميائية، مثل: عمليات الاحتراق، هي كثيرة الاستخدام في حياتنا اليومية. التغييرات في مقدار الطاقة الكيميائية، تتم في أغلب العمليات الحياتية الضروية: الهضم، التنفس،حركة العضلات، الرؤية، التركيب الضوئي وغير ذلك.

يمكن التمييز بين نوعين من أنواع التفاعلات الكيميائية: المشعة والماصة. في التفاعلات المشعة تنطلق طاقة إلى البيئة المحيطة،أي أنه طاقة النواتج أقل من طاقة المواد المتفاعلة. بينما في التفاعلات الماصة، تُكتسب طاقة من البيئة المحيطة،أي أنه طاقة المواد الناتجة أعلى من طاقة  المواد المتفاعلة.

مثال لعمليات مشعة، هو عمليات الهضم: في العمليات الكيميائية التي تُحلِّل الغذاء الذي نتناوله تنطلق طاقة  يستخدمها الجسم  لسد حاجاته. حول موضوع التغذية وتزويد الطاقة لجسم الكائن الحي،

مثال لعملية ماصة، هو التركيب الضوئي. في هذه العملية،يمتص النبات الضوء وتحدث عمليات كيميائية، نتيجةً لذلك تَنْتج مواد جديدة. طاقة المركبات الجديدة (النواتج) أكبر من طاقة المواد المتفاعلة بالضبط بنفس مقدار الطاقة الذي أُضيف بواسطة امتصاص الضوء.

كل عملية حرق للوقود المتحجرة، مثل: الفحم الحجري، البترول أو الغاز الطبيعي، تمكننا من الحصول على قسم من طاقة الضوء التي امتصها النبات خلال عملية التركيب الضوئي، حتى لو تمَّ ذلك قبل ملايين السنين. تَنْتُج الوقود المتحجرة في هذه الايام أيضًا، لكن بوتيرة منخفضة جدًا بالمقارنة معوتيرة الاستهلاك البشري  لهذه الوقود. لذلك تعتبر الوقود المتحجرة مصدرًايتناقص.

يمكن أن نجد معلومات إضافية عن الوقود المتحجرة في الروابطالآتية:

§      البترول الخام

§      الفحم الحجري

§      الغاز الطبيعي

§      زيوت حجرية

في الحياة اليومية،نستخدم عمليات تقل فيها الطاقة الكيميائية وترتفع الطاقة الكهربائية (تحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية). أمثلة على أجهزة تحدث فيها هذه العمليات:

§      البطارية الكهربائية

§      المركم

§      خلية وقود

أيضًا من انفجار مواد متفجرة مختلفة، تحدث عملية كيميائية، حيث تكون الطاقة الكيميائية للمواد الناتجة أقل من طاقة المواد المتفاعلة، لذلك تنطلق طاقة إلى البيئة المحيطة.

أ.2. طاقة الأشعة

الضوء يمكن أن يُبتلع في المواد ويختفي(على سبيل المثال في لاقطات السخان الشمسي على سطوح البيوت)،أو يمكن أن يَنْتُج في مادة معينة وينطلق منها(مثل المصابيح المتوهجة). عندما تمتص مادة معينة ضوء، يختفي الضوء وترتفع طاقة المادة. وعندما يَنْتُج الضوء وينطلق، فإنّ طاقة المادة تنخفض. التغيير في الطاقة المنوط بتغيير الضوء، (امتصاص ضوء أو انطلاق ضوء) يسمَّى تغييرًا في الطاقة الضوئية: تكبر عندما يَنْتج وتقل عندما يختفي.

ينتمي الضوء إلى ظاهرة واسعة تُسمَّىأشعة الكترومغناطيسية، حيث  تنتمي إليها أشعة الراديو،أمواج ميكرو،أشعة تحت حمراء،أشعة فوق بنفسجية، أشعة رنتجن وأشعة جاما. جميع الاشعاعات الالكترومغناطيسية تقع في مجال سرعة الضوء ( التي مقدارها 300,000 كم في الثانية)، وتختلف عن بعضها في طول موجتها وبمقدرتها على إحداث تغيير في الطاقة.

يؤدي امتصاص أشعة ذات طول موجة قصيرةإلى اضافة طاقة أكبر من الطاقة المضافة نتيجة لابتلاع أشعة ذات طول موجة طويلة. قسم من الظواهر المتعلقة بالاشعة الاكترومغناطيسية، يمكن أن نفسرها بواسطة الفرضية بأنها تُمتص أو تُطلق على شكل جسيمات.

جسيمات الاشعة الالكترومغناطيسية هي فوتونات: امتصاص او انطلاق فوتونات اشعاعية ذات طول موجة كبيرة (مثل أمواج الراديو )، تؤدي إلى تغييرأصغر مما تؤديهالفوتونات ذات الموجة القصيرة (مثل أشعة رنتجن). وهذا يعنيأن زيادة الطاقة من امتصاص فوتون أشعة جاما (أشعة ذات طول موجة قصيرة) أكبر من الزيادة في الطاقة نتيجةًلامتصاص فوتون أمواج راديو (أشعة ذات طول موجة كبيرة). يؤدي امتصاص أشعة الكترومغناطيسية بواسطة مادة معينةإلى ارتفاع درجة حرارة المادة،كما يؤدي إلى تغييرات كيميائية، (مثل عملية التركيب الضوئي) أو كهربائية (مثلاً: الخلايا الشمسية).

أشعة الشمس،معظمها أشعه الكترومغناطيسيةوهي تغطي مجالات عديدة من الطيف. بما في ذلك مجال الطيف المرئي (المجال الذي تستجيب له شبكية العين). الأشعة الالكترومغناطيسية للشمس، يوجد لهاأهمية عظيمة بالنسبة لنا: يؤدي امتصاص الأشعة بواسطة الكرة الارضية إلى ارتفاع درجة حرارتها،كما يُعتبر امتصاص أشعة الشمس، في عملية التركيب الضوئي، عملية مركزية في بقاء الحياة على الكرة الارضية. على الرغم من ذلك، أشعة  الشمس مكونة أيضًا من فوتوناتذات طول موجة قصيرة مثل الأشعة فوق البنفسجية التيتُمتصبكمية طاقة عالية،وقد تؤدي هذه الاشعاعات إلى تغييرات كيميائية غير مرغوب بها في أجسامنا.

أ.3. الطاقة النووية

في العمليات النووية كالتي تحدث في المواد التي تُبنى منها القنابل النووية أو القنابل الهيدروجينية. تقل كتلة نوى الذرات المشتركة في العملية وتنطلقطاقة بكميات هائلةإلى البيئة المحيطة. تتمفي الشمس أيضًا عمليات نووية كهذه وهي التي تؤديإلى انطلاق كمية طاقة كبيرة منها. الطاقة المتغيرة في العمليات النووية نسمِّيها  الطاقة النووية، وكما ذكرنا،  هذا التغيير يتعلق بتغييرات في كتلة  نوى الذرات المشتركة في العملية ( قانون حفظ الطاقة، لا يتحقق في العديد من العمليات النووية).

العلاقة بين التغيير في الكتلة (الفرق بين كتل نوى المصدر ونوى الناتج - Dm) وكمية الطاقة المنبعثة، تظهرفيمعادلةاينشتاينالمشهورة:

DE=Dm∙c²

حيثcعبارة عن سرعة الضوء، وَDEالطاقة المنطلقة.

يمكن التمييز بين عمليتين نوويتين أساسيتين تؤديانإلى انطلاق الطاقة: دمج نووي وانشطار نووي،  في الدمج النووي،تندمج نوى ذرات خفيفة لانتاج نواة أثقل (مثلاً:تندمج نوى الهيدروجين لانتاج نوى هيليوم). في الانشطار  النووي،تنقسم نواة العنصر إلى نوى عناصر أخف منها. (مثل نواة عنصر اليورانيوم في القنبلة الذرية). يستخدم الإنسان العمليات النووية في محطات إنتاج الطاقة بواسطة الطاقة النووية، حيث تُستغل الطاقة الهائلة المنطلقة في تسخين الماء وإنتاج البخار الذي يؤدي إلى تحريك التوربينا لإنتاج التيار الكهربائي.