الطاقة هي المقدرة على القيام بعمل ما (أى إحداث تغيير) ، وهناك صور عديدة للطاقة،يتمثل أهمها في الحرارة و الضوء.
ضمن الاستخدام الاجتماعي : تطلق كلمة "طاقة" على كل ما يندرج ضمن مصادر الطاقة ، إنتاج الطاقة ، و استهلاكها و أيضا حفظموارد الطاقة. بما ان جميع الفعاليات الاقتصادية تتطلب مصدرا من مصدر الطاقة ، فإنتوافرها و أسعارها هي ضمن الاهتمامات الأساسية و المفتاحية . في السنوات الأخيرةبرز استهلاك الطاقة كاحد أهم العومل المسببة و المتعلقة بالاحترار العالمي global warming مما جعلها تتحول إلى قضية أساسية في معظم دول العالم .
ضمن سياقالعلوم الطبيعية ، الطاقة يمكن ان تاخذ أشكالا متنوعة : طاقة حرارية ، كيميائية ،كهربائية ، إشعاعية ، نووية ، و اخيرا كهرومغناطيسية .. الخ . هذه الأنواع الطاقيةتصنف عادة بكونها طاقة حركية أو طاقة كامنة ، مع أن بعض انواع الطاقة تقاوم مثل هذاالتصنيف مثلا : الضوء ، في حين أن انواع أخرى من الطاقة كالحرارة يمكن أن تكونمزيجا من الطاقتين الكامنة و الحركية .
العديد من انواع الطاقة هذه يمكنتحويلها Transformation من شكل لآخر بمساعدة ادوات بسيطة او تقنيات معقدة : منالطاقة الكيميائية إلى الكهربائية عن طريق الأداة الشائعة البطاريات أو المدخرات ،ضمن سياق نظرية النسبية بدمج مجالي المادة و الطاقة معا بحيث أصبح من الممكن انتتحول الطاقة إلى مادة و بالعكس تحول المادة إلى طاقة
هذا الكشف الجديد عبر عنهبمعادلته الشهيرة E=mc2 ، هذا التحول ترجم عمليا عن طريق الحصول على الطاقة بعملياتالانشطار النووي أو الاندماج النووي
مصطلحات الطاقة و تحولاتها مفيدة جدا فيشرح العمليات الطبيعية . فحتى الظواهر الطقسية مثل الريح ، و المطر و البرق والأعاصير tornado تعتبر نتيجة لتحولات الطاقة التي تأتي من الشمس على الأرض . الحياة نفسها تعتبر أحد نتائج تحولات الطاقة : فعن طريقة التركيب الضوئي يتم تحويلطاقة الشمس إلى طاقة كيميائية ضمن النباتات ، يتم لاحقا الاستفادة من هذه الطاقةالكيميائية المختزنة في عمليات الاستقلاب ضمن الطائنات الحية غيرية التغذية .
تحول الطاقة
يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى. فعلى سبيل المثال،يمكن تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب إلى ضوء.
كميةالطاقة الموجودة في العالم ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم، وإنما تتحول من شكل إلى آخر. وعندما يبدو أن الطاقة قد استنفذت، فإنها في حقيقةالأمر تكون قد تحولت إلى صورة أخرى، لهذا نجد أن الطاقة هي قدرة المادة للقيامبالشغل (الحركة) كنتيجة لحركتها أو موضعها بالنسبة للقوي التي تعمل عليها. فالطاقةالتي يصاحبها حركة يطلق عليها طاقة حركية، والطاقة التي لها صلة بالموضع يطلق عليهاطاقة كامنة (جهدية أو مخزنة). فالبندول المتأرجح به طاقة جهدية في نقاطه النهائية،وفي كل أوضاعه النهائية له طاقة حركية وطاقة جهدية في أوضاعهالمختلفة.
الطاقة توجد في عدة أشكال كالطاقة الميكانيكية، الحرارية،الديناميكية الحرارية، الكيميائية، الكهربائية، الإشعاعية، والذرية. وكل أشكال هذهالطاقات قابلة للتحويل الداخلي بواسطة طرق مناسبة. والطعام الذي نتاوله، به طاقةكيميائية يخزنها الجسم ويطلقها عندما نعمل أو نبذل مجهوداً.
أنواعالطاقة
تعتبر الطاقة الحيوانية أول طاقة استخدمها الإنسان في فجر الحضارة عندمااستخدم الحيوانات الأليفة في أعماله ثم شرع واستغل قوة الرياح في تسيير قواربهلآفاق بعيدة. واستغل هذه الطاقة مع نمو حضارته، واستخدمها كطاقة ميكانيكية في إدارةطواحين الهواء وفي إدارة عجلات ماكينات الطحن ومناشير الخشب ومضخات رفع الماء منالآبار وغيرها. وهذا ما عرف بالطاقة الميكانيكية.
قوة الحيوانات نجدهامستمدة من الطاقة الكيميائية الموجودة في الطعام بعد هضمه في الإنسان والحيوان. والطاقة الكيميائية نجدها في الخشب الذي كان يستعمل منذ القدم في الطبخ والدفء. وفيبداية الثورة الصناعية استخدمت القوة المائية كطاقة تشغيلية من خلال حركية نظم سيوروبكر وتروس لإدارة العديد من الماكينات.
نجد الطاقة الحرارية في الآلاتالبخارية التي تحول الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة ميكانيكية. فالآلة البخاريةيطلق عليها آلة احتراق خارجي، لأن الوقود يحرق بالخارج لتوليد البخار الذي يديرالآلات من الداخل. لكن في القرن 19 إخترعت آلة الإحتراق الداخلي، مستخدمة وقودايحترق داخل الآلة حسب نظام غرف الإحتراق الداخلي المباشر بها، لتصبح مصدرا للطاقةالميكانيكية التي أستغلت في عدة أغراض كتسيير السفن والعربات والقطارات.
فيالقرن 19 ظهر مصدر آخر للطاقة، لايحتاج لإحتراق الوقود، وهو الطاقة الكهربائيةالمتولدة من الدينامو (المولد). أصبحت هذه المولدات تحول الطاقة الميكانيكية لطاقةكهربائية التي أمكن نقلها إلي أماكن بعيدة عبر الأسلاك، مما جعلها تنتشر، حتى أصبحتطاقة العصر الحديث ولاسيما وأنها متعددة الأغراض، بعدما أمكن تحويلها لضوء وحرارةوطاقة ميكانيكية، بتشغيلها محركات الآلات والأجهزة الكهربائية. تعتبر طاقة نظيفةإلى حد ما.
ثم ظهرت الطاقة النووية التي استخدمت في المفاعلات الذرية، حيثيجري الإنشطار النووي الذي يولد حرارة هائلة تولد البخار الذي يدير المولداتالكهربائية أو محركات السفن والغواصات. لكن مشكلة هذه المفاعلات النووية تكمن فينفاياتها المشعة، واحتمال حدوث تسرب إشعاعي أو إنفجار المفاعل، كما حدث في مفاعلتشيرنوبل الشهير.
الطاقة الغير متجددة نحصل عليها من باطن الأرض كسائل كمافي النفط، وكغاز كما في الغاز الطبيعي، أو كمادة صلبة كما في الفحم الحجري. وهي غيرمتجددة لأنه لايمكن صنعها ثانية أو استعواضها مجددا في زمن قصير، عكس الطاقةالمتجددة. مصادر الطاقة المتجددة نجدها في طاقة الكتلة الحيوية التي تستمد من مادةعضوية كإحراق النباتات وعظام الحيوانات وروث البهائم والمخلفات الزراعية. فعندمانستخدم الخشب أو أغصان الأشجار أو روث البهائم في اشتعال الدفايات أو الأفران، فهذامعناه أننا نستعمل وقود الكتلة الحيوية التي تستغل كمادة عضوية من النباتات ونفاياتالزراعة أو الخشب أو مخلفات الحيوانات. وفي الولايات المتحدة تستغل طاقة الكتلةالحيوية في توليد 3% من مجمل الطاقة لديها لتوليد 10 آلاف ميجا وات من القدرةالكهربائية.
وتستغل طاقة الحرارة الأرضية لتوليد الكهرباء والتسخين. حاليانصف الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة الأمريكية تأتي من قوة دفع المياه التيتدير التوربينات، والتي تسيّر االمحركات لتوليد الكهرباء، كما يحدث في مصر في السدالعالي. وفي أمريكا تمثل كهرباء الطاقة المائية 12% من جملة الكهرباء. و يمكنمضاعفتها إلي 72 ألف ميجاوات.
هناك أيضا طاقة قوة الرياح حيث أن شفرات (ألواح) كبيرة تدور بالهواء فوق الأبراج بحركة مروحية، ومثبت بها مولدات كهرباء. كانت قوة الرياح تستغل في إدارة طواحين الهواء ومضخات رفع المياه، كما إتبع فيهولندا عندما نزح الهولنديون مساحات مائية من البحر لتوسيع الرقعة الزراعية عندهم. سبب عدم إنتشارها في العالم أصواتها المزعجة وقتلها للطيور التي ترتطم بشفراتهاالسريعة، وعدم توفر الرياح في معظم المناطق بشكل مناسب.
أيضا في خلاياالطاقة التي هي خلايا وقود الهيدروجين تنتج الكهرباء من خلال تفاعل كهربائي كيميائيباستخدام الهيدروجين والأوكسجين.
مصادر الطاقة
بترول
البترولعبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في الطبقة العليامن القشرة الأرضية. وأحيانا يسمى نافثا، من اللغة الفارسية ("نافت" أو "نافاتا" والتي تعني قابليته للسريان). وهو يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات، وخاصة منسلسلة ألكان، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر منمصادر الطاقة الأولية الهام للغاية (حسب إحصائيات الطاقة في العالم). البترول هوالمادة الخام لعديد من المنتجات الكيميائية، بما فيها الأسمدة، مبيدات الحشرات،اللدائن.
وقود
الوقود له أنواع مختلفة من أهمها الوقود الحفري وهوالذي يشمل كل من النفط والفحم والغاز، والذي أستخدم بإسراف منذ القرن الماضي ولايزال يستخدم بنفس الإسراف مع ارتفاع أسعاره يوما بعد يوم، مع أضراره الشديدةللبيئة. ومثله وقود السجيل وهو مثل النفط يكون مخلوط مع الرمال.
من أنواعالوقود الأخرى هو الوقود الخشبي والذي يغطي استخدامه حوالي 6% من الطاقة الأوليةالعالمية، وهناك الوقود المستخرج من النفايات الحيوانية أو المياه الثقيلة للمجاري،حيث بالمستطاع استخدام هذه النفايات في توليد الطاقة بالاعتماد عليها بعد عملياتالتخمير، وتستخدم في العديد من دول العالم معالجة المياه الثقيلة للإستفادة منالغازات المنبعثة لأغراض توفير الطاقة.
من الطرق الحديثة والنظيفة في توفيرالوقود النظيف يمكن أن يكون من نباتات الأشجار سريعة النمو، أو بعض الحبوب أوالزيوت النباتية أو المخلفات الزراعية أو بقايا قصب سكر، أمكن تحويل بعض منتجاتالسكر إلى كحول لاستخدامه كوقود للسيارات وكذلك زيت النخيل. يتميز هذا النوع منالوقود بأنه يقلل من التلوث، حيث لا حاجة هناك لاستعمال الرصاص في مثل هذا النوع منالوقود لرفع أوكتان الوقود كما هو الحال في البنزين المستحصل عليه من النفطالأحفوري، ومن ثم فإنه بنزين خال من الرصاص.
هناك الوقود النووي وتحطهالكثير من المشاكل والقوانين الضابطة والتي قد لا تخلو من ازدواجية في المعاييروإجحاف بالسماح لاستخدامها على البعض، إضافة لخطورة استخدامها وتأثيرها السيئ علىالبيئة.
طاقة شمسية
تعتبر الطاقة الشمسية الطاقة الأم فوق كوكبنا،حيث تنبعث من أشعتها كل الطاقات المذكورة سابقاً لأنها تسير كل ماكينات وآلية الأرضبتسخين الجو المحيط واليابسة وتولد الرياح وتصريفها، وتدفع دورة تدوير المياه،وتدفيء المحيطات، وتنمي النباتات وتطعم الحيوانات. ومع الزمن تكون الوقود الإحفوريفي باطن الأرض. وهذه الطاقة يمكن تحويلها مباشرة أو بطرق غير مباشرة إلى حرارةوبرودة وكهرباء وقوة محركة. تعتبر أشعة الشمس أشعة كهرومغناطيسية، وطيفها المرئييشكل 49% منها، والغير مرئي منها يسمى بالأشعة الفوق البنفسجية ، ويشكل 2%، والأشعةدون الحمراء 49%.
الطاقة الشمسية تختلف حسب حركتها و بعدها عن الأرض، فتختلفكثافة أشعة الشمس وشدتها فوق خريطة الأرض حسب فصول السنة فوق نصفي الكرة الأرضية وبعدها عن الأرض و ميولها و وضعها فوق المواقع الجغرافية طوال النهار أو خلال السنة،وحسب كثافة السحب التي تحجبها، لأنها تقلل أو تتحكم في كمية الأشعة التي تصللليابسة، عكس السماء الصحوة الخالية من السحب أو الأدخنة. وأشعة الشمس تسقط عليالجدران والنوافذ واليابسة والبنايات والمياه، وتمتص الأشعة وتخزنها في كتلة (مادة) حرارية Thermal mass. هذه الحرارة المخزونة تشع بعد ذلك داخل المباني. تعتبر هذهالكتلة الحرارية نظام تسخين شمسي يقوم بنفس وظيفة البطاريات في نظام كهربائي شمسي (الفولتية الضوئية). فكلاهما يختزن حرارة الشمس لتستعمل فيما بعد.
والمهممعرفة أن الأسطح الغامقة تمتص الحرارة ولا تعكسها كثيراً، لهذا تسخن. عكس الأسطحالفاتحة التي تعكس حرارة الشمس، لهذا لا تسخن. والحرارة تنتقل بثلاث طرق ،إمابالتوصيل conduction من خلال مواد صلبة، أو بالحمل convection من خلال الغازات أوالسوائل، أو بالإشعاع radiation. من هنا نجد الحاجة لإنتقال الحرارة بصفة عامةلنوعية المادة الحرارية التي ستختزنه،, لتوفير الطاقة و تكاليفها. لهذا توجد عدةمباديء يتبعها المصممون لمشروعات الطاقة الشمسية، من بينها قدرة المواد الحراريةالمختارة لتجميع وتخزين الطاقة الشمسية حتى في تصميم المباني واختيار مواد بنائهاحسب مناطقها المناخية سواء في المناطق الحارة أو المعتادة أو الباردة. كما يكونونعلي بينة بمساقط الشمس علي المبني والبيئة من حوله كقربه من المياه واتجاه الريحوالخضرة ونوع التربة، والكتلة الحرارية التي تشمل الأسقف والجدران وخزانات الماء. كل هذه الإعتبارات لها أهميتها في إمتصاص الحرارة أثناء النهار وتسربها أثناءالليل.
طاقة البحار والمحيطات
هناك مصادر نظيفة للطاقة يمكناستخدامها كوقود بديل ومنها:
-طاقة المد والجزر.
-طاقة الحرارة الأرضية.
-طاقة امواج البحر.
( تقرير عن مشاركة سيئة )، و الموجودة أسفل كل مشاركة .
2008-12-28, 20:16
أرجو المساعدة العاجلة
العرض المتطور
