تعريف الطاقة

تعريف الطاقة

تُعرَّف الطّاقة (بالإنجليزية: Energy) بأنّها إحدى خصائص المادّة، والتي يُمكن تحويلها إلى أحد الأشكال الآتية: العمل، أو الإشعاع، أو الحرارة، وهي بهذا التعريف تتعدّى التعريف الشائع للطّاقة بأنّها القدرة على إنجاز عمل ما، إذ بدأ مفهوم الطّاقة بالتوسّع أثناء الثورة الصناعية في أواخر القرن الثامن عشر، فقد لُوحظ أنّ الحرارة، والإشعاع هما شكلان مهمّان للطّاقة تماماً كالعمل، ويتمّ الاستفادة من الحرارة بعدّة أشكال كمصدر للتبريد صيفاً، وللدفء شتاءً، كما يُمكن الشعور بالإشعاع كطاقة من حولنا.

أشكال الطّاقة

يوجد للطّاقة العديد من الأشكال، والتي تندرج جميعها ضمن فئتين رئيسيتين، هما: الطّاقة الحركية، والطّاقة الكامنة، وفيما يلي تفصيل لكلّ منهما:

الطّاقة الحركية

تُعرّف الطّاقة الحركية (بالإنجليزية: Kinetic Energy) بأنّها الطّاقة الناتجة عن حركة الأجسام المختلفة، إذ تمتلك الأجسام المُتحرّكة القدرة على إنجاز عمل ما، أو إحداث تغيير معين، على عكس الأجسام الساكنة، التي لا تمتلك أيّ طاقة حركية ، فمثلاً: في حالة قذف كرة باتجاه حائط، فإنّها تكون قادرة على إحداث تأثير معين فيه، بينما لا تستطيع الكرة الساكنة إحداث أيّ تأثير يُذكر، وللطّاقة الحركية عدة أشكال، منها ما يلي:

• الطّاقة الإشعاعية: (بالإنجليزية: Radiant)، هي طاقة كهرومغناطيسية تنتقل، وتتحرّك عبر الموجات المستعرّضة، وتشمل كلّ من: الضوء المرئي، والأشعة السينية، وموجات الراديو، وأشعة غاما، ويُعدّ ضوء، وأشعة الشّمس من الأمثلة على الطاقة الإشعاعية.
• الطّاقة الحرارية: (بالإنجليزية: Thermal)، هي الطّاقة الناتجة عن حركة الذرات، والجزيئات في المادة، إذ تزداد كمية الطّاقة الحرارية الناتجة كلّما زادت سرعة حركة هذه الجسيمات، وتُعدّ الطّاقة الحرارية الأرضية مثالاً على هذا الشكل من الطاقة.
• طاقة الحركة: (بالإنجليزية: Motion)، هي الطّاقة المختزنة في الأجسام المتحرّكة، إذ يزداد تخزينها كلّما زادت سرعة حركة الأجسام، بينما تنبعث، وتتحرر هذه الطاقة عند توقف الأجسام، أو بُطء حركتها، وتُعدّ طاقة الرياح من الأمثلة على هذا الشكل من الطاقة.
• الصوت: (بالإنجليزية: Sound)، ينتج الصوت بسبب تأثير قوة على مادة معينة، ممّا يُسبّب اهتزاز هذه المادة، إذ تنتقل الطاقة نتيجة لذلك عبر المواد، وعلى شكل موجات طولية، ويجدر بالذكر أنّ مقدار الطّاقة الناتجة عن الصوت يكون قليلاً عادة مقارنة مع أشكال الطّاقة الأخرى.
• الطّاقة الكهربائية: (بالإنجليزية: Electrical)، يتمّ توصيل الطاقة الكهربائية عبر الأسلاك، وذلك عن طريق حركة الإلكترونات التي تُعدّ جسيمات صغيرة مشحونة، ومن الأمثلة على هذه الطاقة: البرق الذي يُعدّ طاقة كهربائية طبيعية.

الطاقة الكامنة

تُعرّف الطّاقة الكامنة (بالإنجليزية: Potential Energy) بأنّها الطّاقة الناتجة عن وجود الأجسام في نظام بترتيب معين، إذ يُؤثّر كلّ جسم في النظام على الجسم الآخر بقوة محددّة، فمثلاً: يُمثّل الكون الذي نعيش فيه مجموعة كبيرة من الأنظمة المختلفة، والمتباينة في أحجام الأجسام المكوّنة لها، وذلك ابتداءً بالذرات، ووصولاً إلى الكواكب العملاقة، ويتمّ تخزين الطّاقة الكامنة في الأجسام، أو تحريرها منها وفقاً لتغيير ترتيبها، أو تغيير نوع القوة التي تؤثّر بها على بعضها البعض، فمثلاً: عند وجود كتاب على الأرض، فإنّ هذا الكتاب يمتلك طاقة كامنة، وذلك بسبب وجوده مع الأرض ضمن نفس النظام، إذ يُؤثّر كلّ منهما على الآخر بقوة الجاذبية، ولكن لو كان الكتاب موجوداً في الفراغ، فإنّه عندها لن يملك أيّ طاقة كامنة، وذلك بسبب عدم وجود جسم آخر يؤثّر عليه، وللطّاقة الكامنة عدة أشكال، منها:

• الطّاقة الكيميائية: (بالإنجليزية: Chemical)، هي الطّاقة المختزنة في روابط الجزيئات، والذرات، والتي من الممكن تحويلها إلى طاقة حرارية، كاحتراق الخشب في الموقد، ومن الأمثلة على الطّاقة الكيميائية: البطاريات، والفحم، والكتلة الحيوية، والغاز الطبيعي.
• الطّاقة الميكانيكية: (بالإنجليزية: Mechanical)، هي الطّاقة المختزنة في الأجسام نتيجة الضغط، والشدّ، ومن الأمثلة عليها: الطاقة المتكوّنة في الزُنْبُرُك المضغوط، والطّاقة المختزنة في الأشرطة المطاطية.
• الطّاقة النووية: (بالإنجليزية: Nuclear)، هي الطّاقة المختزنة في نواة الذرة، والتي تجمع مكونات النواة معاً، إذ يُؤدّي دمج هذه المكونات، أو فصلها عن بعضها البعض إلى انبعاث كميات كبيرة من المواد الإشعاعية مشكّلة الطّاقة النووية .
• طاقة وضع الجاذبية: (بالإنجليزية: Gravitational)، هي الطّاقة المختزنة، والكامنة في الأجسام نتيجة التأثّر بقوة الجاذبية، إذ تزداد هذه الطاقة بزيادة وزن الجسم، وارتفاعه عن الأرض، وتُعدّ الطّاقة الكهرومائية مثالاً على هذا الشكل من الطّاقة.

مصادر الطّاقة

مصادر متجددة

تتميّز مصادر الطّاقة المتجددة (بالإنجليزية: Renewable energy resources) بكَونها مصادر مستدامة لا تنفذ مع الاستهلاك، إذ يتمّ تجديدها باستمرار، وهي طاقة نظيفة لا ينتج عنها الكثير من الانبعاثات الملوّثة، والغازات الدفيئة ، وبالرغم من كلّ هذه الإيجابيات للمصادر المتجددّة، إلّا أنّ الاعتماد الكبير يكون على استخدام مصادر الطّاقة غير المتجددة، وذلك بسبب ما تتميّز به من إمكانية تخزين، إضافة إلى توفّرها، واستخدامها غير المكلف، ومن الأمثلة على مصادر الطّاقة المتجددة :

• طاقة الرياح: (بالإنجليزية: Wind)، يتمّ الاستفادة من الرياح بتوليد الكهرباء، وذلك عن طريق استخدام التوربينات، والتي يُمكن إنشاؤها في أماكن مختلفة، كالأراضي الزراعية، أو الحرجية، وعلى الرغم من اعتبار الرياح مصدراً نظيفاً كباقي المصادر المتجددة، إلّا أنّها قد تسبّب تلوّثاً بصرياً، وضوضاءً، ممّا قد يزعج السكّان الذين يتواجدون بالقرب منها.
• الطّاقة الشمسية: (بالإنجليزية: Solar)، تُعدّ أشعة الشمس مصدراً مهمّاً لجعل الحياة على كوكب الأرض ممكنة، إذ يتمّ استخدامها لأغراض مختلفة، كتسخين المياه، أو تدفئة البيوت شتاءً، كما يُمكن الاستفادة منها في توليد الكهرباء، إمّا مباشرة باستخدام الألواح الضوئية، وتحويل الأشعة الشمسية الساقطة عليها إلى كهرباء، أو باستخدام المحطّات الخاصّة من أجل إنتاج البخار الذي يُستخدم لتشغيل المولدات الكهربائية لتوليد الكهرباء، ومن الأمور التي يجب مراعاتها في استخدام الطّاقة الشمسية كمصدر للطاقة، هو تأثرّها بالظروف المناخية للمنطقة، إضافة إلى صعوبة تخزينها.
• الطّاقة الحرارية الأرضية: (بالإنجليزية: Geothermal)، تعدّ الحرارة الكبيرة الموجودة في باطن الأرض مصدراً لهذه الطّاقة، وخاصّة في المناطق النشطة تكتونياً، وإذ يُمكن الاستفادة منها في توليد الكهرباء، وتدفئة المباني شتاءً، وتبريدها صيفاً، وتتميّز بكونها مصدراً نظيفاً كباقي مصادر الطّاقة المتجددة، إلّا أنّها قد تؤدّي إلى انبعاث القليل من المركبات التي تساهم في تشكّل الأمطار الحمضية.
• طاقة الكتلة الحيوية: (بالإنجليزية: Biomass)، تشمل الكتلة الحيوية أنواعاً مختلفة من المواد: كالخشب، وبقايا الطّعام، والنفايات، والسّماد، والمواد النباتية، والتي يُمكن إعادة استخدامها، والاستفادة منها، فقد تُستخدم كوقود للمدفئة، أو في توليد الكهرباء، ويجدر بالذكر وجوب مراعاة التأثيرات البيئية الناتجة عن كلّ مادّة من هذه المواد.
• الطّاقة الكهرومائية: (بالإنجليزية: Hydropower)، يُمكن الاستفادة من طاقة المياه الكامنة في توليد الكهرباء، وذلك عن طريق تشغيل التوربينات الكهرومائية التي يتمّ إنشاؤها بالقرب من الأنظمة المائية، كالأنهار، علماَ بأنّ هذه الطاقة تنتيج بسبب تخزين المياه في السدود، أو الخزانات، ممّا يؤثّر على المنظومة البيئية، كأن يُحدث إعاقة في حركة الأسماك، أو تغيّر في درجات الحرارة.

مصادر غير متجددة

تُستخدم مصادر الطّاقة غير المتجددة (بالإنجليزية: Non-renewable energy resources) بشكل كبير جداً لتلبية الاحتياجات المختلفة، وذلك عن طريق تحويلها إلى أشكال متنوعة من الطّاقة، وقد تشكّلت هذه المصادر نتيجة تعرّضها لعمليات جيولوجية مختلفة عبر فترات زمنية طويلة، ويُعدّ الوقود الأحفوريمن أهمّ أمثلة المصادر غير المتجددّة، فيما يلي تفصيل لهذه الصادر:

• الفحم: (بالإنجليزية: Coal)، يعدّ أحد أنواع الصخور الرسوبية، ويتكوّن بشكل رئيسيّ من الكربون، والهيدروكربون، وهو أكثر أشكال الوقود الأحفوري استخداماً في جميع أنحاء العالم، إذ يُستخدم في الصناعات المختلفة، كإنتاج الورق، والخرسانة، إضافة إلى استخدامه في توليد الكهرباء، وينتج عن استخدام الفحم انبعاث كميات كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكربون.
• الغاز الطبيعي: (بالإنجليزية: Natural Gas)، يتكوّن بشكل رئيسيّ من غاز الميثان ، وقد يتشكّل في المستنقعات، وأماكن النفايات، ويُعدّ مصدراً شائع الاستخدام لكونه أقلّ تلويثاً من الفحم، ويجدر بالذكر وجوب معالجة الغاز الطبيعي بداية حتى يصبح مناسباً للاستخدام، إذ يتمّ ذلك بإزالة المركبات الأخرى منه، للحصول على الميثان النقي.
• البترول: (بالإنجليزية: Petroleum)، يتكوّن في أعماق الأرض نتيجة للعمليات الجيولوجية، ويُعرَف بالنفط الخام، وهو سائل سامّ قابل للاشتعال، ويُستخدم لعدة أغراض، منها: تحويله للكاز، والبنزين، والوقود اللازم لوسائل النقل، بالإضافة إلى استخدامه في صناعة المواد البلاستيكية، والأدوية، والأسفلت، والمطّاط الاصطناعي، ويجر بالذكر احتواء البترول على العديد من المركبات الهيدروكربونية، ممّا يتطلب معالجته حتى يصبح مناسباً للاستخدامات المختلفة.
• اليورانيوم: (بالإنجليزية: Uranium)، هو معدن ثقيل قابل للانشطار، ويمكن استخدامه في توليد الكهرباء، وذلك بالاستفادة من كمية الحرارة الهائلة الناتجة عن انقسامه أثناء سلسلة التفاعلات الانشطارية النووية، علماً بوجوب معالجته قبل بدء عملية الانشطار، وعلى الرغم من أنّ اليورانيوم لا يُنتج أيّ نوع من الغازات الدفيئة أثناء استخدامه، إلّا أنّ إمكانية فشل عمليات الانشطار النووي قد يُشكّل عائقاً في استخدامه على نطاقٍ واسع.

حفظ الطّاقة وتحولّاتها

ينصّ قانون حفظ الطّاقة على أنّ الطّاقة لا تُفنى، ولا تُستحدث، وإنّما تتحوّل من شكلٍ إلى آخر، إذ إنّ حفظ الطّاقة لا يعني توفيرها، وإنّما يدُلّ على أنّ استهلاكها لا يُؤدّي إلى اختفائها، ويجدر بالذكر أنّ إجمالي الطّاقة في الكون يبقى ثابتاً على الرغم من تحولّات الطّاقة المختلفة.

يتمّ الحصول على مصادر الطّاقة الأولية (بالإنجليزية: Primary) من الطبيعة، ويُمكن الاستفادة منها إمّا بشكلٍ مباشر، أو من خلال تحويلها إلى شكلٍ آخرٍ للطّاقة، أمّا مصادر الطّاقة الثانوية (بالإنجليزية: Secondary Energy) فتنتج من تحويل مصادر الطّاقة الأولية داخل المصانع، والمحطّات المخصّصة لذلك، ليتمّ فيما بعد استخدامها في أغراض معينة، ومثال ذلك: تحويل كلّ من النفط ، والغاز، والطّاقة الميكانيكية، والكيميائية، والنووية إلى طاقة كهربائية ، وتحويل الطّاقة الكيميائية للبنزين داخل محرّك السيارة إلى طاقة ميكانيكية، كما يُمكن استخدام مصادر الطّاقة الأولية لأغراض أخرى مختلفة، كاستخدام الفحم، والغاز الطبيعي في مصانع الأسمدة.

أهمية الطّاقة

تُعدّ الطّاقة عنصراً أساسياً في الممارسات اليومية في مجالات الحياة المختلفة، وفيما يلي كيفية استخدام، واستهلاك الطّاقة في قطاعات الاقتصاد الرئيسية:

• القطاع الصناعي: يشمل استخدام الطّاقة في عدّة مجالات، وهي: الإنشاءات، والتعدين، والصناعة، وزراعة الغابات، والصيد.
• قطاع الكهرباء: يشمل استخدام الطّاقة في المحطّات، والمُنشآت الخاصّة بذلك لتوليد الكهرباء، إذ تُستخدم الكهرباء المُولّدة في عمل العديد من القطاعات المختلفة.
• قطاع النقل: يشمل استخدام الطّاقة في وسائل النقل المختلفة، وهي: السيارات، والطائرات، والحافلات، والشاحنات، والسفن، والقطارات، إذ تُستخدم منتجات النفط، كالبنزين، والديزل كوقود لتشغيل هذه الوسائل.
• القطاع السكني والتجاري: يشمل المنازل، والمكاتب، والمستشفيات، والمخازن التجارية، والمطاعم، والمدارس، وقد جُمع القطاعين السكني، والتجاري معاً نظراً للتشابه في مجالات استخدام الطّاقة بينهما، إذ تُستخدم لعدة أغراض، منها: الإضاءة، وتشغيل الأجهزة المختلفة، والتسخين، والتدفئة شتاءً، والتبريد صيفاً.

فيديو نفط من النفايات

بالتأكيد سمعت عن الطاقة المتجددة، لكن بعض مصادرها غير متوقعة على الإطلاق :