علم انواع الطاقة

طاقة :
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
البرق أحد أكثر الأشكال المعروفة لانتقال الطاقة.
ابحث عن طَاقَة في
ويكاموس، القاموس الحر.
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.
محتويات  [أخف]


تحول الطاقة :
 مقال تفصيلي :تحول الطاقة
يمكن تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب إلى ضوء. كما تتحول الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الرصاص إلى طاقة كهربائية. أو تحويل طاقة أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية عن طريق لوح ضوئي.
كمية الطاقة الموجودة في العالم ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم (قانون انحفاظ الطاقة)، وإنما تتحول من شكل إلى آخر. وعندما يبدو أن الطاقة قد استنفذت، فإنها في حقيقة الأمر تكون قد تحولت إلى صورة أخرى ، لهذا نجد أن الطاقة هي قدرة للقيام بالشغل تكون نتيجته مثلا طاقة حركية أو طاقة إشعاعية. فالطاقة التي يصاحبها حركة يطلق عليها طاقة حركة. والطاقة التي لها صلة بالموضع (الجاذبية) يطلق عليها طاقة الوضع (جهدية). فالبندول المتأرجح تختزن به طاقة وضع عند نقاطه النهائية ، وعند كل نقطة نهائية لاهتزاز البندول تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركية لذلك يعود في اتجاه وضع التوازن ومنه إلى النقطة النهائية الثانية ، وهكذا.
الطاقة توجد في عدة أشكال كالطاقة الميكانيكية (حركية)، والطاقة الحرارية ، والطاقة الكيميائية ، والطاقة الكهربائية، والطاقة الإشعاعية.
أثبت ألبرت أينشتاين تكافؤ المادة والطاقة في نظرية النسبية ،أي يمكن تحول المادة إلى طاقة وهذا ما يحدث في الشمس (اندماج نووي) ، كما يمكن أن تتحول الطاقة إلى مادة مثلما في إنتاج زوجي حيث يتحول شعاع جاما إلى إلكترون وبوزيترون.

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 الحيوان :
قوة الحيوانات نجدها مستمدة من الطاقة الكيميائية الموجودة في الطعام بعد هضمه في الإنسان والحيوان. والطاقة الكيميائية نجدها في الخشب الذي كان يستعمل منذ القدم في الطبخ والتدفئة. وفي بداية الثورة الصناعية استخدمت القوة المائية كطاقة تشغيلية (شغل) بواسطة نظم سيور وبكر وتروس لإدارة العديد من الماكينات.

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.

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.

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 :
 مقال تفصيلي :طاقة الرياح
هناك 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 المد والجزر :
 مقال تفصيلي : طاقة المد والجزر
تستغل طاقة المد والجزر التي تبلغ في بعض المناطق قدرا مناسبا في إنتاج الطاقة الكهربائية. تستغل طاقة المد والجزر في فرنسا والمملكة المتحدة.

طاقة كيميائية :
 مقال تفصيلي : 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.

طاقة إشعاع :
تنتقل الطاقة الشمسية إلى الأرض كطاقة إشعاعية في صورة الضوء ، وهو موجات كهرومغناطيسية. كذلك تصدر النجوم طاقتها بصفة أساسية في صورة إشعاع.

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.

طاقة جسم أو جسيم :
يتميز جسم أو جسيم بأن له كتلة. فإذا كانت كتلة الجسيم m وسرعته v تحسب طاقته طبقا للمعادلة :
تلك هي طاقة حركية جسم أو جسيم ، وتنطبق المعادلة على الأجسم الكبيرة مثل السيارة مثلا ، وكذلك على الجسيمات الصغيرة مثل الإلكترون ، (كل بحسب كتلته). (ملحوظة: ينجم عن سرعة الجسيم طاقة حركية يمكن حسابها طبقا للمعادلة أعلاه التي تعتمد على كتلة الجسم m وسرعته v. ولكن إذا شئنا معرفة الطاقة الكلية للجسم فلا بد من أخذ الطاقة المرتبطة بكتلة السكون للجسم أيضا. وتحسب طاقة كتلة السكون للجسم عن طريق معادلة أينشتاين التي تعطي تكافؤ الكتلة والطاقة :E == m. c² حيث c سرعة الضوء في الفراغ. أي أن الطاقة الكلية لجسم == m. c² +
ويمكن حساب الطاقة الكلية لجسيم كالبروتون (أو لجسم كالسيارة) بالوحدات :
جول =

طاقة شعاع :
يتميز شعاع بأنه موجة كهرومغناطيسية لها تردد وطول موجة. لحساب طاقة شعاع مثل شعاع الضوء ، نطبق معادلة ماكس بلانك:

حيث :
 هي طاقة الشعاع و تردده (بالهرتز)
و h ثابت بلانك.
تنطبق تلك المعادلة على كميع أنواع الأشعة مثل : أشعة راديوية وأشعة الميكروويف والأشعة تحت الحمراء وأشعة الضوء المرئي ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية وأشعة جاما. فكلها أنواع موجة كهرومغناطيسية.
حسابات تفصيلية عن طاقة شعاع كهرومغناطيسي ، أنظر موجة كهرومغناطيسية.

أنواع أخرى للطاقة :
هناك مصادر نظيفة للطاقة يمكن استخدامها كوقود بديل ومنها:
طاقة المد والجزر.
طاقة الحرارة الأرضية.
طاقة امواج البحر.
طاقة نووية.
طاقة الرياح.
طاقة حركة
وحدة طاقة