اشكال الطاقة المختلفة واستخداماتها

الطاقة أو ” energy ” باللغة الإنجليزية هي إحدى العوامل الإساسية للحياة على الأرض.قد يعتقد البعض أن الطاقة هي الكهرباء فقط،لكن هذا خطأ كبير ،ففي الواقع هناك العديد من اشكال الطاقة المختلفة ،والتي تأتي من مصادر عديدة منها الطبيعي ومنها الصناعي.كما يمكن للطاقة التحول من صورة الى اخرى مثل تحول الطاقة الكميائية الى الطاقة الميكانيكية والكهربائية ،والعكس صحيح.تستخدم جميع اشكال الطاقة لخدمة الإنسان منذ وجوده على الأرض.

1- الطاقة الحرارية

هي الطاقة التي تأتي من حركة الذرات والجزيئات في مادة ما.حيث أن  الجزيئات والذرات التي تتكون منها المادة  عندما تتحرك طوال الوقت وتتصادم مع بعضها تولد طاقة حرارية تزداد بزيادة سرعتها ،فكلما زادت حرارة المادة ، زادت حركة جزيئاتها ، وزادت طاقتها الحرارية.((What is thermal energy?-khanacademy.org)) يتم انتقالها عن طريق التوصيل أو الإشعاع أو الحمل. حيث يتم انتقال الحرارة دائما من الجسم الساخن إلى البارد. ويتسبب انتقال الحرارة من جسم إلى جسم ارتفاع درجة حرارته.

الطاقة الحرارية طاقة موجودة طبيعية مثل الطاقة الشمسية ،ويمكن انتاجها عن طريق المواد الكميائية مثل اشتعال الغازات ،أو المواد العضوية الإخرى،أو بطرق اخرى مثل الإحتكاك.ولها العديد من الإستخدامات في مختلف أشكال الحياة ،مثل الإستخدامات اليومية كالطهي ،والتدفئة،وللإستخدامات الصناعية كصهر الحديد،أو لحام المواد،وللإستخدامات العلمية لتحضير المركبات المختلفة …إلخ من الإستخدامات المتعددة للطاقة الحرارية التي لا يمكن حصرها.كما يمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى أي نوع آخر من الطاقة مثل الطاقة الميكانيكية كما في السيارة، أو طاقة كهربائية كما في محطة الطاقة الكهربائية أو طاقة إشعاعية كما في النار أو في النجوم وغيرها.

2- الطاقة المغناطيسية

الطاقة المغناطيسية هي طاقة مترابطة ارتباطاً وثيقاً بالطاقة الكهربية تبعاً لمعادلات ماكسويل.حيث أن كل تيار كهربائي مرتبط به مجال مغناطيسي وكل مجال مغناطيسي متغير يخلق تيارًا كهربائيًا خاصًا به.إذا فإن الطاقة المغناطيسية هي شكل من اشكال الطاقة والتي تنتج من ناقلات الشحنة المتحركة (الإلكترونات). تعمل داخل المجال المغناطيسي بشكل غير مرئي للعين المجردة ،لكن تأثيرها محسوس،من السهل الشعور بها عند وضع مادة مغناطيسية بجانب بعضهما سواء بالتجاذب أو بالتنافر.(( What Is Magnetic Energy?-reference.com))

أبسط شكل من اشكال الطاقة المغناطيسية هو مصباح فاراداي ،الذي يتم تشغيله عندما يهتز يميناً وشمالاً.حيث يمر المغناطيس بداخله ذهابًا وإيابًا عبر ملف من الأسلاك ويولد تيارًا كهربائيًا يتم تخزينه بعد ذلك في مكثف. عند تشغيل المصباح ، يقوم المكثف بتزويد المصباح بالطاقة المخزنة مثل الضوء الذي يعمل بالبطارية.(( Magnetic Energy-altenergymag.com))

3- الطاقة الطبيعية

تعرف عادة بالطاقة المتجددة ،وهي الطّاقة المُستَمّدة من الموارد الطبيعية التي لا تنفذ وتتجدد باستمرار مثل الرياح والمياه والشمس المتوفرة في معظم دول العالم، كما يمكن إنتاجها من حركة الأمواج والمد والجزر أو من طاقة حرارية أرضية،وتعد الطاقة المغناطيسية من الطبيعة والتي تعرف بالجاذبية.تستخدم الطاقة الطبيعية المتجددة التي تعتمد على الرياح والطّاقة الشمسيّة على نطاق واسع في البلدان المتقدّمة وبعض البلدان النّامية في انتاج الكهرباء النظيفة.((طاقة متجددة-ويكيبيديا))

4- الطاقة الكهربية

تعتبر الطاقة الكهربية هي أهم اشكال الطاقة في الحياة ،والتي تنتج عن حركة الإلكترونات من نقطة إلى أخرى،وتمثل حركة الجسيمات المشحونة على طول السلك تيارًا أو كهرباء.((Electrical Energy Definition Explained-electricityforum.com)) جميع أنواع الطاقة مثل الطاقة الميكانيكية ،والحرارية ،والطبيعية،والكميائية،…إلخ تعمل كمصادر لإنتاج الطاقة الكهربية .وبالمثل أيضاً فأن الطاقة الكهربية لديها القدرة على التحول إلى أخرى أشكال اخرى  من الطاقة ، مثل الطاقة الحركية ،والمغناطيسية،والحرارية….إلخ (( How Does Electrical Energy Work? –thoughtco.com))

تعتمد جميع المعدات و الأجهزة الإلكترونية لمعظم الاستخدامات البشرية،في تشغيلها على التيار الكهربائي،مثل المصابيح والتلفزيون،والسيارات…إلخ عدد لا يحصى من الصناعات التي تعتمد على الكهرباء .يمكن أن نقون أن الكهرباء هو اساس تطور العلم وتقدمه ،فبدون الكهرباء تتوقف جميع اشكال الصناعات ،ويقف العلم عن تطوره.((Electrical energy-energyeducation.ca))

5- الطاقة الميكانيكية

الطاقة الميكانيكية هي إحدى الأساسيات التي تمت دراستها في الهندسة الميكانيكية ، حيث إنها حرفياً القوة الدافعة للعالم من حولنا ، سواء كانت طبيعية أو من صنع الإنسان.وهي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته أو وضعه،غالبًا ما تُعرَّف بأنها القدرة على أداء العمل.على سبيل المثال تمنح الطاقة الميكانيكية القدرة للمطرقة على تطبيق قوة على المسمار من أجل التسبب في إزاحته داخل الجدار أو اللوح الخشبي.((Mechanical Energy 101: Everything You Need to Know-taraenergy.com))

الطاقة الميكانيكية لا حدود لها في الطبيعة،لها نوعان: الطاقة الكامنة والطاقة الحركية ،يُطلق على مجموع الاثنين معًا إجمالي الطاقة الميكانيكية.تستخدم العديد من الأجهزة على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى أو من أشكال أخرى من الطاقة، على سبيل المثال  المحركات الكهربائية المتحولة من الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، و المولد الكهربائي  الذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية و المحرك الحراري الذي يقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي.

6- الطاقة الكيميائية

الطاقة الكيميائية هي شكل من اشكال الطاقة الكامنة المخزنة في روابط المركبات الكيميائية ، مثل الذرات والجزيئات،يتم إطلاق هذه الطاقة عند حدوث تفاعل كيميائي.غالبًا ما يتم إنتاج الحرارة كمنتج ثانوي للتفاعل الكيميائي،وهذا ما يسمى تفاعل طارد للحرارة .((chemical energy-britannica.com))

كما تستخدم الطاقة الكميائية لإنتاج أي من اشكال الطاقة الأخرى مثل الكهرباء من الفحم والبطاريات ،والطاقة الميكانيكية من الغاز والبترول ،أو لإنتاج طاقة متجمعة كما  في المواد المتفجرة  التي ينتج عنها طاقة حرارية وحركية و صوتية.

الطاقة الكيميائية هي أكثر أنواع الطاقة استخدامًا في العالم ، لأنها ضرورية لوجود البشر والعالم الطبيعي.حيث يحتوي الطعام الذي نتناوله على طاقة كيميائية مخزنة. عندما تتحلل أو تنكسر الروابط بين الذرات في الطعام ، يحدث تفاعل كيميائي ، ويتم إنشاء مركبات جديدة.كما يحتوي الخشب الجاف على طاقة كيميائية مخزنة. عندما يُحرق هذا الخشب في موقد ، يتم إطلاق الطاقة الكيميائية وتحويلها إلى طاقة حرارية (حرارة) وطاقة ضوئية.((Chemical Energy-solarschools.net))

7- الطاقة النووية

الطاقة النووية هي شكل من اشكال الطاقة المنبعثة من نواة الذرات ، المكونة من البروتونات والنيوترونات. يمكن إنتاج مصدر الطاقة هذا بطريقتين: الانشطار – عندما تنقسم نوى الذرات إلى عدة أجزاء – أو الاندماج – عندما تندمج النوى معًا.

تستخدم التفاعلات النووية  بالإنشطار من اليورانيوم و البلوتونيوم لإنتاج الكهرباء بشكل اساسي،عن طريق إطلاق الطاقة على شكل حرارة وإشعاع . تقوم الحرارة بتسخين  الماء في المفاعل، لإنتاج البخار،الذي يتم توجيهه إلى التوربينات الدوارة لتوليد الكهرباء.((What is Nuclear Energy? The Science of Nuclear Power-iaea.org))

8- الطاقة الكهرومائية

الطاقة الكهرومائية هي شكل من اشكال الطاقة المتجددة التي تستخدم قوة نقل المياه لتوليد الكهرباء،وتعد من  أكثر مصادر الكهرباء المتجددة استخدامًا.تجمع هذه الطاقة بين الطاقة الميكانيكية الطبيعية ،والطاقة المغناطيسية ،والطاقة الكهربائية المتولدة.حيث يتم تحويل قوة تدفق المياه (على سبيل المثال تدفق المياه  من فوق الشلال)  الى طاقة ميكانيكة لبذل شغل ما ،وهذه الطاقة الميكانيكية المتحولة من الطاقة الكهرومائية ،تم استخدامها منذ ألاف السنين لإنشاء بعض الأدوات الذاتية مثل عجلة طحن القمح قديماً في اليونان.((Hydroelectric Energy –nationalgeographic.org))

حديثاً يتم تحويل الطاقة الكهرومائية الى طاقة كهربائية عن طريق تحويل قوة تدفق المياه الى طاقة ميكانيكية فيما يسمى التوربين الهيدروليكي والذي يدخل في تركيبه المواد المغناطيسية ،مما ينتج من تحركه تيار كهربائي طبقاً لقاعدة فاراداي .يمكن تخزين هذه الطاقة الكهربائية في مكثف لإستخدامه لاحقاً.((Hydroelectric Power: How it Works-usgs.gov))

لدى الصين أكبر سد لتوليد الطاقة الكهرومائية في العالم من حيث إنتاج الكهرباء.حيث يبلغ طول السد 2335 مترًا (7660 قدمًا) وارتفاعه 185 مترًا (607 قدمًا) ، ويحتوي على مولدات تكفي لإنتاج 22500 ميجاوات من الطاقة.((Three Gorges Dam – Wikipedia))