المساعدة العاجلة

[ناروتو1]

السلام عليكم


اريد بحث حول الطاقة والسلاسل الطاقوية ومصادر الطاقة في الفزياء

[حكيـ الجَزآئِرِي ــم]

الله أعــــــــــــــــــــــــــــــــــلم

[ماجد93]

السلسلة الطاقوية1


كفاءة المجال:يوظف مبدأ انحفاظ الطاقة في تفسير السلاسل الطاقوية وتطبيقها الحياة اليومية.

مؤشرات الكفاءة: يعبر عن الطاقة باللفظ والرمز.
1- مفهوم السلسلة الطاقوية: هي تطوير لنموذج السلسلة الوظيفية الذي يعبر بوضوح أكثر عن مراحل الحصول على الفعل النهائي .
لتمثيل السلسلة الطاقوية نلجأ إلى تعويض في السلاسل الوظيفية:
أفعال الأداء http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif نمط تحويل الطاقة.
أفعال الحال http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif شكل الطاقة ( نمط تخزين الطاقة).
http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-2.gif
2- انحفاظ تخزين الطاقة: يوجد نمطان لتخزين الطاقة
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->على المستوى العياني.
الطاقة الحركية: Energie cinétiqueEc
هي الطاقة التي تخزنها جملة عندما تكون في حالة حركة.
مثال: دوران دينامو، انطلاق سيارة.
الطاقة الكامنة: Energie potentielleEpوتتمثل في
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->الطاقة الكامنة المرونيةEnergie potentielle élastiqueEpe وهي الطاقة التي تخزنها النوابض والأجسام القابلة للضغط كالغازات أو المطاط.
مثال: نابض مضغوط – إطلاق سهم بواسطة قوس.
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->الطاقة الكامنة الثقالية Energie potentielle de pesanteurEpp
وهي الطاقة التي يخزنها جسم على ارتفاع ما من سطح الأرض ( جسم في تجاذب مع الأرض) وتتعلق بثقله ووارتفاعه عن سطح الأرض.
مثال: مياه الشلالات
جسم في ارتفاع عن سطح الأرض.
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->على المستوى المجهري:
الطاقة الداخلية Ei Energie interneهي الطاقة التي تخزنها الجملة عندما تتغير حالتها الحرارية أو في حالة حدوث تحول فيزيائي أو كيميائي أو نووي، وتتساوى مجموع الطاقتين الحركية والكامنة.
مثال: الجملة ( غاز + هواء) والماء الساخن تخزن طاقة داخلية تستعمل عند تغير درجة حرارتها.
الجمل: العمود الكهربائي – المدخرة – البترول + الهواء – العضلات – تخزن طاقة داخلية لا يمكن رؤيتها أو لمسها ولكن نلاحظها من خلال أثرها
3- أنماط تحويل الطاقة:تتحول الطاقة من نمط إلى آخر وفق أربعة أنماط:
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->التحويل الميكانيكي: Transfert mécanique W يتحقق هذا التحويل بواسطة قوى ( أفعال) تؤثر على جملة في حالة حركة.
مثال: العنفة تدير الدينامو هو عبارة عن تحويل ميكانيكي W
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->التحويل الكهربائي:Transfert électrique We يتحقق هذا التحويل عندما يعبر تيار دارة كهربائية.
مثال: الدينامو يغذي الدارة تحويل كهربائي We
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->التحويل الحراري: Transfert thermique Q يحدث هذا التحويل عادة عندما تتلامس أجسام ليس لها نفس درجة الحرارة
مثال:(الغاز + الهواء) يسخن الماء هذا تحويل حراري. Q
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->التحويل بالإشعاع Transfert par rayonnement Er يتحقق هذا التحويل بواسطة أشعة كهرومغناطيسية ( ضوء مرئي أو غير مرئي ).
مثال:الشمس تضيء الخلية الضوئية هذا التحويل إشعاعي Er
المصباح يضيء ويسخن الحجرة هذا التحويل إشعاعي وحراريEr + Q
4- بعض أفعال الأداء وأفعال الحالة مقترنة بالتعبير العلمي.
أفعال الأداء
أفعال الحال
<!--[if !vml]--><!--[endif]--> يحرك، يسحب يدير http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif تحويل ميكانيكي
يغذي http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif تحويل كهربائي
يسخن http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif تحويل حراري
يشع يضيء http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif تحويل إشعاعي
يتقدم، يتراجع، يدور http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif طاقة حركية
يرتفع، ينزل، يسقط http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif طاقة كامنة ثقالية
يمتد، ينضغط http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif طاقة كامنة مرونية
يسخن، يتفرغ، يتوهج http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-1.gif طاقة داخلية



تطبيقات: حول السلاسل الوظيفية إلى سلاسل طاقوية:
1- تشغيل عربة بعمود كهربائي:
http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-3.jpg

<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->السلسلة الوظيفية:
http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-4.gif
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->السلسلة الطاقوية:
http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-5.gif
2- إشعال مصباح بواسطة عمود كهربائي لإضاءة حجرة:
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->السلسلة الوظيفية:
http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-6.gif
<!--[if !supportLists]--> · <!--[endif]-->السلسلة الطاقوية:
http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-7.gif

الماء

الأرض

عنفة

منوبة

<!--[if !vml]--> file:///C:%5CDOCUME%7E1%5CNAZIR%5CLOCALS%7E1%5CTemp%5Cmsoh tmlclip1%5C01%5Cclip_image006.gif<!--[endif]-->3- توليد الطاقة الكهربائية من مياه سد:

أرسم السلسلة الوظيفية والطاقوية للتركيبة المقابلة.
http://www.elbassair.com/images/stories/fiches-moyen/3mam/3am_phys_img/3am_phys_2/3am_phys_9-8.gif
الطاقة هي المقدرة على القيام بشغل (أى إحداث تغيير)، وهناك صور عديدة للطاقة، منها الحرارة والضوء (طاقة كهرومغناطيسية)، والطاقة الكهربائية.

ضمن الاستخدام الاجتماعي : تطلق كلمة "طاقة" على كل ما يندرج ضمن مصادر الطاقة، إنتاج الطاقة، واستهلاكها وأيضا حفظ موارد الطاقة. بما ان جميع الفعاليات الاقتصادية تتطلب مصدرا من مصادر الطاقة، فإن توافرها وأسعارها هي ضمن الاهتمامات الأساسية والمفتاحية. في السنوات الأخيرة برز استهلاك الطاقة كأحد أهم العوامل المسببة للاحترار العالمي global warming مما جعلها تتحول إلى قضية أساسية في جميع دول العالم.

ضمن سياق العلوم الطبيعية، الطاقة يمكن ان تاخذ أشكالا متنوعة : طاقة حرارية، كيميائية، كهربائية، إشعاعية، نووية، طاقة كهرومغناطيسية، وطاقة حركة. هذه الأنواع من الطاقة يمكن تصنيفها بكونها طاقة حركية أو طاقة كامنة ، في حين أن بعضها يمكن أن يكون مزيجا من الطاقتين الكامنة والحركية.

جميع أنواع الطاقة يمكن تحويلها Transformation من شكل لآخر بمساعدة أدوات بسيطة أو تقنيات معقدة : من الطاقة الكيميائية إلى الكهربائية عن طريق الأداة الشائعة البطاريات أو المركمات، ضمن سياق نظرية النسبية بدمج مجالي المادة والطاقة معا بحيث أصبح من الممكن ان تتحول الطاقة إلى مادة وبالعكس تحول المادة إلى طاقة : هذا الكشف الجديد عبر عنه أينشتاين بمعادلته الشهيرة E=mc2. هذا التحول ترجم عمليا عن طريق الحصول على الطاقة بعمليات الانشطار النووي والاندماج النووي.

مصطلحات الطاقة وتحولاتها مفيدة جدا في شرح العمليات الطبيعية. فحتى الظواهر الطقسية مثل الريح، والمطر والبرق والأعاصير تعتبر نتيجة لتحولات الطاقة التي تأتي من الشمس على الأرض. الحياة نفسها تعتبر أحد نتائج تحولات الطاقة : فعن طريق التمثيل الضوئي يتم تحويل طاقة الشمس إلى طاقة كيميائية في النباتات ، يتم لاحقا الاستفادة من هذه الطاقة الكيميائية المختزنة في عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية والإنسان. ومن النبات ينتج الخشب وهو مصدر آخر للطاقة يرجع أصلها إلى الشمس.

أنواع الطاقة

تعتبر الطاقة الحيوانيةأول طاقة شغل 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 وفي إدارة عجلات ماكينات الطحن ومناشير الخشب ومضخات رفع الماء من الآبار وغيرها. وهذا ما عرف بالطاقة الميكانيكية.
طاقة حرارية

نجد الطاقة الحرارية في المحركات البخارية التي تحول الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة ميكانيكية. فالآلة البخارية يطلق عليها آلة احتراق خارجي، لأن الوقود يحرق خارج المحرك في غلاية لتوليد البخار الذي بدوره يدير المحرك. لكن في القرن التاسع عشرإخترع محرك الاحتراق الداخلي، مستخدما وقودا يحترق داخل الآلة (مثلما في السيارة ، حيث يحترق البنزين داخل المحرك)، فتصبح مصدرا للطاقة الميكانيكية التي أستغلت في عدة أغراض كتسيير السفن والعربات والقطارات.

الطاقة غير المتجددة 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. وتلك المصادر هي أصلا تكونت من الطاقة الشمسية واختزنت في النفط والفحم والغاز. وترجع جميع مصادر الطاقة المتجددة أيضا إلى الطاقة الشمسية (ماعدا الطاقة النووية). مصادر الطاقة المتجددة نجدها في طاقة الكتلة الحيوية التي تُستمد 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. وفي الولايات المتحدة تستغل طاقة الكتلة الحيوية في توليد نحو 3% من مجمل الطاقة لديها لتوليد 10 آلاف ميجا وات من القدرة الكهربائية.

وتستغل طاقة الحرارة الأرضية لتوليد الكهرباء والتسخين. وهي تحتاج إلى حفر أبار عميقة بين 400 متر إلى 2000 متر ,لاستخراج الماء الساخن منها واستغلاله في التدفئة أو لتوليد الكهرباء.

طاقة كهربائية

في القرن 19 ظهر مصدر آخر للطاقة، وهو الطاقة الكهربائية ,والتي تعرف بالكهرباء ,ويمكن الحصول على الكهرباء من الطبيعة عن طريق الصواعق والاحتكاك وهذا صعب وغير مجدٍ اقتصادياً. ولكن يمكن توليد الكهرباء بعدة طرق أخرى منها الكيميائية مثل البطاريات أو عن طريق تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية وذلك بتحريك سلك موصل في مجال مغناطيسي كما في المولدات الكهربائية أو بتسخين مزدوج حراري كما في المزدوجة الحرارية.

في البطاريات تكون الكهرباء المتولدة ذات تيار مستمر.
في المولدات الكهربائية تكون الكهرباء المولدة في الغالب ذات تيار متردد ويمكن ان تكون الكهرباء ذات تيار مستمر.

[عدل] طاقة نووية

ثم ظهرت الطاقة النووية التي استخدمت في المفاعلات النووية، حيث يجري الانشطار النووي الذي يولد حرارة هائلة تولد البخار الذي يدير المولدات الكهربائية أو محركات السفن والغواصات. لكن مشكلة هذه المفاعلات النووية تكمن في نفاياتها المشعة، واحتمال حدوث تسرب إشعاعي أو انفجار المفاعل، كما حدث في مفاعل تشيرنوبل الشهير.
[عدل] طاقة كهرمائية

وطاقة كهرمائية التي تتولد من السدود. حاليا نصف الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة الأمريكية تأتي من الطاقة الكهرمائية وهي قوة دفع المياه التي تدير التوربينات، والتي بدورها تسيّر مولد الكهرباء ، كما يحدث في مصر في السد العالي. وفي أمريكا تمثل كهرباء الطاقة المائية 12% من جملة الكهرباء المنتجة. ويمكن مضاعفتها إلي 72 ألف ميجاوات حيث تتوفر مياه الأنهار والبحيرات.

طاقة الرياح

ناك أيضا طاقة قوة الرياح حيث تُستخدم مراوح كبيرة تدور بالهواء والرياح ، وبواسطة مولد كهربائي تقوم بإنتاج التيار الكهربائي. كانت قوة الرياح تستغل في إدارة طواحين الهواء ومضخات رفع المياه، كما إتبع في هولندا عندما نزح الهولنديون مساحات مائية من البحر لتوسيع الرقعة الزراعية عندهم. سبب عدم انتشارها في العالم أصواتها المزعجة وقتلها للطيور التي ترتطم بشفراتهاالسريعة، وعدم توفر الرياح في معظم المناطق بشكل مناسب.

طاقة كيميائية
في البطاريات تستغل الطاقة الكيميائية في توليد التيار الكهربائي. وفي المراكم المستخدم في هاتف محمول وهي تنتج التيار الكهربائي من التفاعل الكيميائي. أيضا في خلايا الطاقة التي تستغل الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الكهرباء من خلال تفاعل كهربائي كيميائي.

ويرافق جميع العمليات الكيميائية تغير في المواد اي تختفي مواد وتنتج مواد اخرى, وجميع العمليات الكيميائية مصحوبة بتغير في الطاقة. نطلق اسم "طاقة كيماوية" على الطاقة المنطلقه الى المحيط في العمليه الكيماوية او الطاقة التي تمتصها العملية من المحيط
مصادر الطاقة الطبيعية
[عدل] طاقة البترول

البترول 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 ألكان، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية (حسب إحصائيات الطاقة في العالم). البترول هو المادة الخام لعديد من المنتجات الكيميائية، اللدائن.
[عدل] طاقة الوقود

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 الشديدة 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، وهناك 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. يتميز 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، إضافة لخطورة استخدامها وتأثيرها السيئ على البيئة.
[عدل] طاقة شمسية

الطاقة الشمسية هي الطاقة الأم فوق كوكبنا، حيث تنبعث من أشعتها كل الطاقات المذكورة سابقاً لأنها تسير كل ماكينات وآلية الأرض بتسخين الجو المحيط واليابسة وتولد الرياح وتصريفها، وتدفع دورة تدوير المياه، وتدفيء المحيطات، وتنمي النباتات وتطعم الحيوانات. ومع الزمن تكون الوقود الإحفوري في باطن الأرض. وهذه الطاقة يمكن تحويلها مباشرة أو بطرق غير مباشرة إلى حرارة وبرودة وكهرباء وقوة محركة. تعتبر أشعة الشمس أشعة كهرومغناطيسية، وطيفها المرئي يشكل 49% منها، والغير مرئي منها يسمى بالأشعة الفوق البنفسجية، ويشكل 2%، والأشعة تحت الحمراء 49%.

الطاقة الشمسية تختلف حسب حركتها وبعدها عن الأرض، فتختلف كثافة أشعة الشمس وشدتها فوق خريطة الأرض حسب فصول السنة فوق نصفي الكرة الأرضية وبعدها عن الأرض وميولها ووضعها فوق المواقع الجغرافية طوال النهار أو خلال السنة، وحسب 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. هذه الحرارة المخزونة تشع بعد ذلك داخل المباني. تعتبر هذه الكتلة الحرارية نظام تسخين شمسي يقوم بنفس وظيفة البطاريات في نظام كهربائي شمسي (الفولتية الضوئية). فكلاهما يختزن حرارة الشمس لتستعمل فيما بعد.

والمهم معرفة أن الأسطح الغامقة تمتص الحرارة ولا تعكسها كثيراً، لهذا تسخن. عكس الأسطح الفاتحة التي تعكس حرارة الشمس، لهذا لا تسخن. والحرارة تنتقل بثلاث طرق ،إما بالتوصيل conduction من خلال مواد صلبة، أو بالحمل convection من خلال الغازات أو السوائل، أو بالإشعاع radiation. من هنا نجد الحاجة لانتقال الحرارة بصفة عامة لنوعية المادة الحرارية التي ستختزنه،, لتوفير الطاقة وتكاليفها. لهذا توجد عدة مباديء يتبعها المصممون لمشروعات الطاقة الشمسية، من بينها قدرة المواد الحرارية المختارة لتجميع وتخزين الطاقة الشمسية حتى في تصميم المباني واختيار مواد بنائها حسب مناطقها المناخية سواء في المناطق الحارة أو المعتادة أو الباردة. كما يكونون علي بينة بمساقط الشمس علي المبني والبيئة من حوله كقربه من المياه واتجاه الريح والخضرة ونوع التربة، والكتلة الحرارية التي تشمل الأسقف والجدران وخزانات الماء. كل هذه الاعتبارات لها أهميتها في امتصاص الحرارة أثناء النهار وتسربها أثناء الليل.

طاقة جسيم وطاقة شعاع

يدخل في حسابات طاقة جسيم وطاقة شعاع ثابتين طبيعيين وهما c سرعة الضوء في الفراغ و h ثابت بلانك. يعتبر هذان الثابتان الطبيعيان من أهم الثوابت على الإطلاق لأنهما يحددان إلى جانب ثابت الجاذبية G والقوى الأساسية وكتلة الإلكترون وكتلة البروتون وشحنة أولية تكوين الكون كله من ذرات ونجوم ومجرات ومن كواكب ومن أرض نشأت عليها الحياة.