أنواع الطاقة

ما هي أبرز أنواع الطاقة؟

هناك العديد من أشكال الطاقة (Energy) التي تعود في الأساس إلى نوعين، هما: طاقة الحركة (طاقة الأجسام المتحركة) وطاقة الوضع (طاقة الأجسام الساكن)، بما في ذلك الطاقة الحرارية، والطاقة الكيميائية، والطاقة النووية، والطاقة الكهربية، والطاقة الميكانيكية وطاقة الجاذبية.

الطاقة الميكانيكية

تُعرَف بـِ (mechanical energy)، وهي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته أو موقعه؛ لذا فإنّ الطاقة الميكانيكية قد تكون طاقة حركية أو كامنة (وضع)، وتُعرّف أيضًا على أنّها الطاقة التي تكتسبها الأجسام التي يتم العمل عليها من قبل جسم أو كائن آخر يمتلك طاقة.

وترجع أهمية الطاقة الميكانيكية إلى تواجدها في جميع أشكال الحياة اليومية؛ فالشاحنات التي تسير على الطريق، و دق مسمار، وركوب الدرجات الهوائية، والكتابة على لوحة المفاتيح، وشحذ القلم الرصاص كلها من أشكال الطاقة الميكانيكية التي تنقسم لنوعين، هما:

الطاقة الحركية

تُعرَف بـِ (Kinetic energy)، ويُمكن تعريف طاقة الحركة على أنّها طاقة الأجسام المتحركة؛ فعند تطبيق قوة على جسم ما فإنّ حالته تتغير من السكون إلى الحركة وعند ذلك يُقال أنّ هذا الجسم اكتسب طاقة حركة.

ويعتمد مقدار الطاقة على كتلة الجسم وسرعته؛ فعلى سبيل المثال: الشاحنة التي تسير على الطريق بسرعة لها طاقة حركة أكبر من تلك السيارة التي تسير بنفس سرعة نتيجة فرق الكتلة بين الشاحنة والسيارة.

طاقة الوضع

تُعرف بـِ (potential energy) وهي الطاقة التي يحتفظ بها الجسم مخزَّنة بداخله نتيجة لضغطه أو موقعه بالنسبة لأجسام أخرى، مثل الطاقة التي يختزنها وتر القوس عند سحبه، وتعتمد طاقة الوضع على ثلاثة عوامل، هي: موضع الجسم، كتلته والتسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية.

يعد البندول واحدًا من أشهر الأمثلة على طاقة الوضع؛ فهو يكون في أقصى طاقة ممكنة له عندما يُمسك من أعلى الخيط، فإذا تُرك فإنه يتحول من طاقة الوضع إلى طاقة الحركة، ومن الأمثلة الأخرى على طاقة الوضع الزنبرك والسهم والقوس، والمياه المخزنة في السدود، فكلها من أمثلة طاقة الوضع التي تُرى في الحياة اليومية.

الطاقة الكهربائية

تُعرَف بـِ ( electrical power)، وهي نوعٌ من أنواع الطاقة التي تنتج عن تدفق الإلكترونات من الطرف الموجب إلى الطرف السالب داخل موصل ويسمى أيضًا بالتيار الكهربي.

والتيار نوعان: تيار ثابت مثل التيار الخارج من البطارية، وتيار مستمر مثل مقبس الكهرباء الذي في الحائط، و يوجد العديد من أشكال الكهرباء طبقًا للمصدر الذي تم توليدها منه، فهناك الطاقة الكهربائية المتولدة عن:

• احتراق الغاز الطبيعي

وتستخدم في إدارة التوربينات لإنتاج الكهرباء.

• احتراق الفحم

إذ ينتج عنه حرارة تستخدم في تسخين الماء وتحويله لحرارة تدير التوربينات لتوليد الكهرباء.

• احتراق البترول

وتحويله إلى بخار يدفع التوربينات لتوليد الكهرباء.

• الانشطار النووي

والذي تنشأ عنه حرارة تدير التوربينات فتتولد الكهرباء.

• تدفق المياه في السدود

ينتج عنها تدوير التوربينات التي تحولها لكهرباء.

• خلايا الألواح الشمسية

تقوم بتخزين ضوء الشمس لتسخين الماء الذي يستخدم في إدارة التوربينات ودفعها لتوليد الكهرباء.

• الرياح

تستخدم طاقة الرياح في دفع التوربينات وجعلها تدور لإنتاج الكهرباء.

• حرارة باطن الأرض

تستخدم في تسخين الماء لإدارة التوربينات وتوليد الكهرباء.

• الكهرباء السكونية (Static Electricity)

تعني انتقال شحنة من جسم لآخر، وهي توجد في الحياة اليومية بكثرة، فعند حك شريط بلاستيك بقطعة قماش تتكون طبقة من الشحنات الساكنة على الشريط وبتقريبه من مجموعة من قطع الورق الصغير فسوف يجذبهم.

الطاقة الكيميائية

تُعرَف بـِ (chemical energy)، وهي الطاقة المختزنة داخل الروابط الكيميائية بين الذرات والجزيئات، إذ هناك العديد من الجزيئات الغنية بالطاقة على وجه الأرض، مثل: الأكسجين الذي ترتبط فيه ذرتان معًا ليكوّنا جزيئًا.

ومن الأمثلة على الطاقة الكيميائية:

• عملية حرق الأخشاب

ويسمى هذا بتفاعل الاحتراق الذي يحول الطاقة المختزنة داخل الأخشاب إلى طاقة حرارية وطاقة ضوئية تستخدم في أغراض التدفئة وتوليد الكهرباء.

• عملية هضم الطعام

وفيها تتحرر الطاقة الكيميائية المختزنة في الطعام، إذ تنقسم جزيئات الطعام إلى قطع صغيرة فتنكسر الروابط بين ذراتها ويحدث لها تفاعل كيميائي ينتج عنه تكوين مركبات جديدة.

الطاقة الحرارية

تُعرَف بـِ (Thermal energy)، وتعرف بأنّها الطاقة التي يمتلكها الجسم نتيجة لحركة الجزيئات والذرات داخله، وقد تنتقل من جسم إلى آخر عن طريق إحدى الطرق الثلاثة، وهي:

• التوصيل (conduction)

هو الشكل الأشهر على انتقال الطاقة الحرارية، ويحدث عن طريق التلامس الجسدي بين جسم وآخر؛ فتنتقل الطاقة بينهما نتيجة اصطدام الجزيئات ببعضها وحركة الإلكترونات.

• الحمل الحراري (convection)

انتقال الحرارة من وسط مادي لوسط آخر نتيجة لحركة الموائع مثل السوائل والغازات.

• الإشعاع (Radiation)

انتقال الطاقة على هيئة جسيمات أو موجات إلى الوسط المحيط.

وللطاقة الحرارية العديد من الاستخدامات التي تُرى في الحياة اليومية، مثل:

• ذوبان الجليد.
• احتراق الشمعة.
• حك اليدين معًا للتدفئة.
• ضوء الشمس.
• حرارة باطن الأرض.

الطاقة المغناطيسية

تُعرَف بـِ (Magnetic energy)، وهي الطاقة المخزنة في مجال مغناطيسي ينشأ عن جذب مغناطيس لقطعة من الحديد أو النيكل أو الكوبالت، والمغناطيس قطعة من المعدن لها القدرة على جذب أنواع معينة من المعادن، ويتكون من منطقتين تسمى أحدهما بالقطب الشمالي والأخرى بالجنوبي.

يمتلك المغناطيس بعض خصائص الشحنات الكهربية، مثل: تنافر الأقطاب المتشابهة وتجاذب الأقطاب المختلفة، أمّا أهمية المجال المغناطيسي فترجع لاستخدامه في تشغيل المولدات الكهربية لتوليد الكهرباء باستخدام توربينات الرياح أو التوربينات الكهرومائية.

تتولد الطاقة المغناطيسية من ثلاثة مصادر، هي:

• موصلات التيار الكهربي

ينشأ عنها طاقة مغناطيسية بسبب المجال المغناطيسي المتولد على شكل خطوط دائرية غير مرئية حول السلك.

• المغناطيس الدائم

أحد أكثر مصادر الطاقة المغناطيسية انتشارًا من بين جميع المصادر الأخرى، ويستخدم هذا النوع في إبرة البوصلة.

• المغناطيس الكهربي

ينشأ عنه مجال مغناطيسي أيضًا، وهو عبارة عن ملف من الأسلاك ملفوفة حول قالب من الحديد. 

الطاقة النووية

تُعرَف بـِ (nuclear energy)، ويُمكن تعريف الطاقة النووية على أنّها الطاقة الناتجة عن انشطار الذرة أو اتحادها وتنبعث بكميات كبيرة جدًا، كما تختلف عن التفاعلات العادية التي تحدث بين الجزيئات والذرات، ولا يُمكن استخراج الطاقة النووية من كل أنواع الذرات، إنّما من ذرات العناصر المشعة، مثل: اليورانيوم أو البلوتونيوم.

يُمكن الحصول على هذه الطاقة باستخدام طريقتين، هما: الانشطار النووي والاندماج النووي، ويحدث كل منهما عبر أجهزة تُسمى المفاعلات النووية أُعدّت خصيصًا لهذا الغرض، وتستخدم الطاقة النووية في توليد الكهرباء في أماكن كثيرة حول العالم.

طاقة الجاذبية

تُعرَف بـِ (gravitational energy)، وهي الطاقة المختزنة في جسم ما نتيجة ارتفاعه فوق سطح الأرض، كما تعتبر أحد أشكال طاقة الوضع.

تستخدم طاقة الجاذبية في توليد الكهرباء، إذ تتواجد في المياه خلف السدود، والتي تستخدم في إدارة التوربينات لإنتاج الكهرباء، بالإضافة لملاحظتها في العديد من المشاهدات اليومية مثل:

• سيارة واقفة أعلى تل.
• لعبة اليويو قبل إطلاقها.
• كتاب على طاولة يوشك أن يسقط.
• الفاكهة على الشجر قبل سقوطها.

الطاقة الإشعاعية

تُعرَف بـِ (Radiant energy)، وهي الطاقة التي تنتقل عن طريق الإشعاع الكهرومغناطيسي، مثل: الضوء، وأشعة جاما، والإشعاع الحراري، والأشعة السينية.

تتكون هذه الطاقة من حزم صغيرة تُسمى فوتونات يحمل كل منها قدر من الطاقة، ويُشار إلى أنّه ليس بإمكان الإنسان رؤية كل الطاقة المشعة، إنّما بعض الفوتونات الموجودة في مجال جدًا صغير، فيما يُعرف بالضوء المرئي، ومن الأمثلة على الطاقة الإشعاعية الأخرى: أشعة الشمس، والأشعة الصادرة من المدفئة.

الطاقة الصوتية

تُعرَف بـِ (sound energy)، وهي الطاقة المنتقلة عبر الوسط المادي في صورة موجات تسمى الموجات الصوتية، وتنتج هذه الموجات نتيجة لتأثير قوة على جزيئات الوسط أو المادة فتجعلها تهتز، ومن الأمثلة عليها:

• الغناء.
• محادثة شخص في الهاتف.
• التصفيق.
• العزف على الآلات الموسيقية.

الطاقة الإسموزية

تُعرَف بـِ (osmotic power)، وهي الطاقة الناشئة عن الفرق في تركيز الملح بين مياه البحر ومياه النهر، وهي إحدى أنواع الطاقة المتجددة التي تستخدم في توليد الكهرباء وقد ظهرت حديثًا في بداية السبعينيات، وتوجد طريقتان للحصول على هذه الطاقة، هما:

• التحليل الكهربائي العكسي (reverse electrodialysis).
• التناضح المؤخر للضغط (pressure retarded osmosis).

الطاقة الموجية

تُعرَف بـِ (wave energy)، وهي الطاقة الناتجة عن استخدام أمواج البحار والمحيطات في دفع التوربينات لإنتاج الكهرباء، ويتم الحصول عليها عن طريق وضع منصات للتوربينات فوق سطح المحيط.

ترجع أهمية هذه الطاقة إلى كونها أحد مصادر الطاقة المتجددة، مثل: طاقة الرياح والطاقة الشمسية التي يُمكن تحويلها لطاقة كهربائية ، كما أنّ الطاقة الموجية ذات كثافة عالية مقارنة بأنواع الطاقة المتجددة الأخرى، ومن مميزاتها أنّها يمكن أن تنتقل لمئات الكيلومترات دون أن تفقد الطاقة المختزنة بداخلها.