طاقة

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

البرق أحد أكثر الأشكال المعروفة لانتقال الطاقة .

الطاقة هي المقدرة على القيام بعمل ما. وهناك صور عديدة للطاقة، يتمثل أهمها في الحرارة والضوء. الصوت أيضا عبارة عن طاقة. و هناك" الطاقة الميكانيكية" التي تولدها الآلات، و"الطاقة الكيميائية" التي تتحرر عند حدوث تغيرات كيميائية.

يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى. فعلى سبيل المثال، يمكن تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب إلى ضوء .

كمية الطاقة الموجودة في العالم ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث، وإنما تتحول من شكل إلى آخر. وعندما يبدو أن الطاقة قد استنفذت، فإنها في حقيقة الأمر تكون قد تحولت إلى صورة أخرى لهذا نجد أن الطاقة هي قدرة المادة للقيام بالشغل( الحركة)\ن كنتيجة لحركتها أو وضعها بالنسبة للقوي التي تعمل عليها .فالطاقة التي يصاحبها حركة يطلق عليها طاقة حركية (kinetic energy) . والطاقة التي لها صلة بالوضع يطلق عليها طاقة كامنة (جهدية أو مخزنة ) (potential energy ). فالبندول المتأرجح به طاقة جهدية في نقاطه النهائية . وفي كل أوضاعه النهائية له طاقة حركية وطاقة جهدية في أوضاعه المختلفة .

والطاقة توجد في عدة أشكال كالطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية والطاقة الديناميكية الحرارية والطاقة الكيميائية والطاقة الكهروبائية والطاقة الإشعاعية والطاقة الذرية . وكل أشكال هذه الطاقات قابلة للتحويل الداخلي بواسطة طرق مناسبة . والطعام الذي نتاوله ،به طاقة كيماوية يخزنها الجسم ويطلقها عندما نعمل أو نبذل مجهودا.

وتستغل مصادر هذه الطاقات لتوليد الكهرباء التي نحتاجها في بيوتنا ومدارسنا ومكاتبنا ومصانعنا وكمبيوتراتنا سواء للإنارة أم لتشغيل الماكينات والأجهزة الكهروبائية .والبترول نحرقه ليدير سياراتنا وغيرها من الأنشطة الخلاقة التي نمارسها ونتمتع بها في حياتنا. فهي ضرورة حياتية للعيش فوق كوكبنا.ومن خلالها صعدت المركبات للفضاء وجاب الإنسان العالم ليتعرف عليه ويستنزف ثرواته .

[تحرير] أنواع الطاقة

تعتبر الطاقة الحيوانية أول طاقة استخدمها الإنسان في فجر الحضارة عندما استخدم الحيوانات الأليفة في أعماله ثم شرع واستغل قوة الرياح في تسيير قواربه لآفاق بعيدة .واستغل هذه الطاقة مع نمو حضارته، واستخدمها كطاقة ميكانيكية في إدارة طواحين الهواء و في إدارة عجلات ماكينات الطحن و مناشير الخشب ومضخات رفع الماء من الآبار وغيرها .وهذا ما عرف بالطاقة الميكانيكية .

و قوة الحيوانات نجدها مستمدة من الطاقة الكيماوية chemical energy الموجودة في الطعام بعد هضمه في الإنسان والحيوان .والطاقة الكيماوية نجدها في الخشب الذي كان يستعمل منذ القدم في الطبخ والدفء .وفي بداية الثورة الصناعية استخدمت القوة المائية كطاقة تشغيلية من خلال حركية نظم سيور وبكر وتروس لإدارة العديد من الماكينات.

و نجد الطاقة الحرارية Thermal energy في الآلات البخارية التي تحول الطاقة الكيماوية لوقود تحوله لطاقة ميكانيكية . فالآلة البخارية يطلق عليها آلة احتراق خارجي لأن الوقود يحرق بالخارج لتوليد البخار الذي يدير الآلات من الداخل . لكن في القرن 19 إخترعت آلة الإحتراق الداخلي مستخدمة وقودا يحترق داخل الآلة حسب نظام غرف الإحتراق الداخلي المباشر بها ، لتصبح مصدرا للطاقة الميكانيكية التي إستغلت في عدة أغراض كتسيير السفن والعربات والقطارات .

و في القرن 19 ظهر مصدر آخر للطاقة ، لايحتاج لإحتراق الوقود ،وهي الطاقة الكهروبائية المتولدة من الدينامو( المولد). وأصبحت هذه المولدات تحول الطاقة الميكانيكية لطاقة كهربائية التي أمكن نقلها إلي أماكن بعيدة عبر الأسلاك. مما جعلها تنتشر, حتي أصبحت طاقة العصر الحديث ولاسيما وأنها متعددة الأغراض ،بعدما أمكن تحويلها لضوء وحرارة وطاقة ميكانيكية، بتشغيلها محركات الآلات والأجهزة الكهربائية . وتعتبر طاقة نظيفة إلى حد ما .

ثم ظهرت الطاقة النووية Nuclear energy التي استخدمت في المفاعلات الذرية حيث يجري الإنشطار النووي الذي يولد حرارة هائلة تولد البخار الذي يدير المولدات الكهروبائية التي تمدنا بالكهرباء أو يدير المحركات التي تسير السفن والغواصات .لكن مشكلة هذه المفاعلات النووية في نفاياتها المشعة واحتمال حدوث تسرب إشعاعي أو إنفجار المفاعل ، كما حدث في مفاعل تشيرنوبل الشهير .

و الطاقة الغير متجددة نحصل عليها من باطن الأرض كسائل كما في النفط وكغاز كما في الغاز الطبيعي أو كمادة صلبة كما في الفحم الحجري .وهي غير متجددة لأنه لايمكن صنعها ثانية أو استعواضها مجددا في زمن قصير .عكس الطاقة المتجددة ، فيمكن إستعواضها في زمن قصير .ومصادر الطاقة المتجددة نجدها في طاقة الكتلة الحيوية Biomass energy التي تستمد من مادة عضوية كإحراق النباتات وعظام الحيوانات وروث البهائم والمخلفات الزراعية.فعندما نستخدم الخشب أو أغصان الأشجار أو روث البهائم في اشتعال الدفايات أو الأفران ، فهذا معناه أننا نستعمل وقود الكتلة الحيوية التي تستغل كمادة عضوية من النباتات ونفايات الزراعة أو الخشب أو مخلفات الحيوانات .وفي الولايات المتحدة تستغل طاقة الكتلة الحيوية في توليد 3%من مجمل الطاقة لديها لتوليد 10 آلاف ميجا وات من القدرة الكهربائية.

و تستغل طاقة الحرارة الأرضية Geothermal energy لتوليد الكهرباء والتسخين . وحاليا نصف الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة الأمريكية تأتي من قوة دفع المياه التي تدير التوربينات، والتي تسيّر االمحركات لتوليد الكهرباء. كما يحدث في مصر في السد العالي. وفي أمريكا تمثل كهرباء الطاقة المائية 12% من جملة الكهرباء.و يمكن مضاعفتها إلي 72ألف ميجاوات.

وهناك أيضا طاقة قوة الرياح Wind power حيث تدير شفرات(ألواح) كبيرة تدور بالهواء فوق الأبراج بحركة مروحية ومثبت بها مولدات كهرباء .وكانت قوة الرياح تستغل في إدارة طواحين الهواء ومضخات رفع المياه ، كما هو إتبع في هولندا عندما نزح الهولنديون مساحات مائية من البحر لتوسيع الرقعة الزراعية عندهم .وسبب عدم إنتشارها في العالم ،أصواتها المزعجة وقتلها للطيور التي ترتطم بشفراتها السريعة, وعدم توفرالرياح في معظم المناطق بشكل مناسب.

أيضا في خلايا الطاقة التي هي خلايا وقود الهيدروجين تنتج الكهرباء من خلال تفاعل كهربائي كيميائي باستخدام الهيدروجين والأوكسجين.

[تحرير] مصادر الطاقة

[تحرير] بترول

هو عبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في الطبقة العليا من القشرة الأرضية. وأحيانا يسمى نافثا، من اللغة الفارسية ("نافت" أو "نافاتا" والتي تعني قابليته للسريان).

وهو يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات، وخاصة من سلسلة الألكانات، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية ([ إحصائيات الطاقة في العالم]). البترول هو المادة الخام لعديد من المنتجات الكيماوية، بما فيها الأسمدة، مبيدات الحشرات، اللدائن.

[تحرير] وقود

الوقود له أنواع مختلفة من أهمها الوقود الأحفوري، وهو الذي يشمل كل من النفط والفحم والغاز, والذي أستخدم بإسراف منذ القرن الماضي ولا يزال يستخدم بنفس الإسراف مع ارتفاع أسعاره يوما بعد يوم مع أضراره الشديد للبيئة. ومثله وقود السجيل وهو مثل النفط يكون مخلوط مع الرمال.

من أنواع الوقود الأخرى هو الوقود الخشبي والذي يغطي استخدامه حوالي 6% من الطاقة الأولية العالمية.، و هناك الوقود المستخرج من النفايات الحيوانية أو المياه الثقيلة للمجاري حيث بالمستطاع استخدام هذه النفايات في توليد الطاقة بالاعتماد عليها بعد عمليات التخمير، وتستخدم في العديد من دول العالم معالجة المياه الثقيلة للاستفادة من الغازات المنبعثة لأغراض توفير الطاقة.

من الطرق الحديثة والنظيفة في توفير الوقود النظيف يمكن أن يكون من نباتات الأشجار سريعة النمو، أو بعض الحبوب أو الزيوت النباتية أو المخلفات الزراعية أو بقايا قصب سكر ، أمكن تحويل بعض منتجات السكر إلى كحول لاستخدامه كوقود للسيارات وكذلك زيت النخيل ويتميز هذا النوع من الوقود بأنه يقلل من التلوث، حيث لا حاجة هناك لاستعمال الرصاص في مثل هذا النوع من الوقود لرفع أوكتان الوقود كما هو الحال في البنزين المستحصل عليه من النفط الأحفوري ومن ثم فإنه بنزين خال من الرصاص.

هناك الوقود النووي وتحطه الكثير من المشاكل والقوانين الضابطة والتي قد لا تخلو من ازدواجية في المعايير وإجحاف بالسماح لاستخدامها على البعض, ناهيك في خطورة استخدامها وتأثيرها السيئ على البيئة.

[تحرير] طاقة شمسية

تعتبر الطاقة الشمسية الطاقة الأم فوق كوكبنا حيث تنبعث من أشعتها كل الطاقات فوقه . لأنها تسير كل ماكينات و آلية الأرض بتسخين الجو المحيط واليابسة وتولد الرياح وتصريفها ، وتدفع دورة تدوير المياه ، و تدفيء المحيطات ،و تنمي النباتات وتطعم الحيوانات . و مع الزمن تكون الوقود الإحفوري في باطن الأرض . وهذه الطاقة يمكن تحويلها مباشرة أو بطرق غير مباشرة لحرارة و برودة و كهرباء و قوة محركة .وأشعة الشمس أشعة كهرومغناطيسية.و طيفها المرئي يشكل 49% و الغير مرئي كالأشعة الفوق بنفسجية يشكل 2% و الأشعة دون حمراء 49%. و الطاقة الشمسية تختلف حسب حركتها و بعدها من الأرض.

و تختلف كثافة أشعة الشمس و شدتها فوق خريطة الأرض حسب فصول السنة فوق نصفي الكرة الأرضية و بعدها عن الأرض و ميولها و وضعها فوق المواقع الجغرافية طوال النهار أو خلال السنة, و حسب كثافة السحب التي تحجبها. لأنها تقلل أو تتحكم في كمية الأشعة التي تصل لليابسة . عكس السماء الصحوة الخالية من السحب أو الأدخنة. وأشعة الشمس تسقط علي الجدران والنوافذ واليابسة والبنايات والمياه, وتمتص الأشعة وتخزنها في كتلة (مادة) حرارية Thermal mass. وهذه الحرارة المخزونة تشع بعد ذلك داخل المباني . وتعتبر هذه الكتلة الحرارية نظام تسخين شمسي يقوم بنفس وظيفة البطاريات في نظام كهربائي شمسي(الفولتية الضوئية ).فكلاهما يختزن حرارة الشمس لتستعمل فيما بعد.

و المهم معرفة أن الأسطح الغامقة تمتص الحرارة و لا تعكسها كثيرا ، لهذا تسخن . عكس الأسطح الفاتحة التي تعكس حرارة الشمس لهذا لا تسخن . و الحرارة تنتقل بثلاث طرق ،إما بالتوصيل conduction من خلال مواد صلبة, أو بالحمل convection من خلال الغازات, أوالسوائل ، أو بالإشعاع radiation. و من هنا نجد الحاجة لإنتقال الحرارة بصفة عامة لنوعية المادة الحرارية التي ستختزنها, لتوفير الطاقة و تكاليفها .لهذا توجد عدة مباديء يتبعها المصممون لمشروعات الطاقة الشمسية, من بينها قدرة المواد الحرارية المختارة, علي تجميع وتخزين الطاقة الشمسية حتي في تصميم البنايات واختيار مواد بنائها حسب مناطقها المناخية سواء في المناطق الحارة أو المعتادة أو الباردة . كما يكونون علي بينة بمساقط الشمس علي المبني و البيئة من حوله كقربه من المياه واتجاه الريح والخضرة ونوع التربة,والكتلة الحرارية التي تشمل الأسقف والجدران و خزانات الماء. كل هذه الإعتبارات لها أهميتها في إمتصاص الحرارة أثناء النهار و تسربها أثناء الليل.