صور للطاقة الحرارية

الطاقة الحرارية و بعض مصادرو مجالات استعمالها

الطّاقة:
الطاقة هي القدرة على القيام بعمل معين، وتوجد لها أشكال مختلفة كالطاقة العضلية والطاقة الكهربائية والطاقة المغناطيسية والطاقة الشمسية...
ويمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى، فعلى سبيل المثال يمكن تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب إلى ضوء.
وكمية الطاقة الموجودة في العالم ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث.



مصادر الطاقة الحرارية:
الشّمس:
تعدّ الشّمس من أكبر مصادر الضّوء والحرارة التّي سخّرت لاستمرار الحياة على سطح الأرض، فهي تمدّ أرضنا والكواكب الأخرى بالحرارة.
وتتوزّع هذه الحرارة حسب قربها من خطّ الاستواء الذّي يتمتّع بأكبر نصيب منها.


النّفط:
يعطي البترول (النّفط) لدى احتراقه كمّية كبيرة من الحرارة.
يتكوّن البترول من مركّبات عضويّة وعند احتراق هذه المركّبات فإنّ الطّاقة الموجودة تتحرّر لنستفيد منها كطاقة حراريّة.  
  


الفحم الحجري:
كان الفحم الحجريّ هو المسيطر في مجال الطّاقة، ولعلّ بعض الدّول لازالت تنتج وتستعمل الفحم الحجريّ، غير أنّ لهذا المصدر من مصادر الطّاقة سلبيّات كبرى هي مخلّفات الاحتراق التّي تؤدّي إلى تلوّث البيئة. 



مجالات استعمال الطاقة:
كان الفحم الحجريّ يستغلّ منذ القدم في التّدفئة والقيام ببعض الأعمال مثل الحدادة حتّى وقع استخدامه في تشغيل محرّكات القطارات إلى حدّ ظهور البترول الذّي عوّضه وأصبح المصدر الأوّل من مصادر الطّاقة الحراريّة (هذه المصادر كانت ولازالت ملوّثة للبيئة).
بدأ العلماء في التّّفكير في استغلال الطّاقة الحراريّة النّظيفة منها: استغلال الطّاقة الحراريّة للحمم البركانيّة لاستخدامها في تدفئة المنازل وبدأ استغلال هذه الطّاقة منذ سنة 1974. 


الطّاقة الشّمسيّة:
نستغلّ الطّاقة الشّمسيّة (وهي من الطّاقات المتجدّدة والنّظيفة) باستخدام:
ـ السّخّانات الشّمسيّة فوق أسطح المنازل وتقوم على تسخين المياه بتعرّضها للشمس مباشرة.
ـ الخلايا الشّمسيّة التّي تولّد الكهرباء تعتمد على تحويل الإشعاع الشّمسي إلى كهرباء تستخدم في المنازل وفي المناطق النّائية خاصّة. 

استخدامات الطاقة الشمسية

الطاقة الحرارية

تعتبر الطاقة الحرارية من الصور الأساسية للطاقة التي يمكن أن تتحول كل صور الطاقة إليها، والطاقة الحرارية هي عبارة عن الطاقة الحركية التي تمتلكها جزيئات وذرات المادة.

فعند تشغيل الآلات المختلفة باستخدام الوقود الهيدروكربونية تكون أول خطوة هي حرق الوقود، والحصول على طاقة حرارية تحول بعد ذلك إلى طاقة ميكانيكية أو إلى أي نوع من أنواع الطاقة. ولا تتوفر الطاقة الحرارية بصورة مباشرة في الطبيعة إلا في مصادر الحرارة الجوفية، ومن المعروف أن جزيئات المادة لها كتلة وسرعة، ومن ثم تكون لها طاقة حركية وطاقة وضع ومجموع هاتين الطاقتين تعرف بالطاقة الداخلية له. وكذلك الاستفادة من الطاقة الحرارية من أشعة الشمس ويتم ذلك عن طريق تحويل الطاقة الإشعاعية إلى طاقة حرارية .

والطاقة الحرارية لها القدرة على الاختراق والنفاذ خلال الأوساط المادية التي تنقسم إلى ثلاثة أنواع وهي:

• وسط شفاف حراري: وهو الوسط الذي يسمح بنفاذ الإشعاعات الحرارية.
• وسط نصف شفاف: وهو الوسط الذي يسمح بنفاذ بعض الإشعاعات الحرارية وتستخدم هذه الظاهرة في تشييد البيوت المحمية التي تستخدم في زراعة بعض المحاصيل الزراعية التي تكون مصنوعة من الزجاج الذي يسمح بنفاذ بعض من تلك الإشعاعات الحرارية.
• وسط معتم حرارياً: وهو الوسط الذي لا تنفذ منه الإشعاعات الحرارية بل يمتص معظمها من الأجسام الساخنة المحيطة به. وترتفع درجة حرارته مما يؤدي ذلك إلى زيادة في الطاقة الداخلية، التي بدورها تتحول إلى طاقة حرارية ويصبح مصدراً لانبعاث الإشعاعات الحرارية.

صور للطاقة و حفظها

حفظ الطاقة

في الفيزياء ينص قانون حفظ الطاقة أو بقاء الطاقة أو انحفاظ الطاقة على أنه في أي نظام معزول ، الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم ولكن يمكن تحويلها من صورة لأخرى.

يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى مثل طاقة الحركة يمكن أن تتحول إلى طاقة حرارية ، ولكن ليس ممكنا في نظام مغلق معزول أن تخلق طاقة من نفسها أو تفنى. ونقول أن الطاقة تتبع قوانين الانحفاظ.

نعرف صورا عديدة للطاقة : طاقة حركة ، طاقة حرارية ، طاقة كهربائية ، طاقة ميكانيكية ، طاقة إشعاعية وغيرها ، ويمكن تحولها من صورة إلى أخرى . ولكن تبقى الطاقة ولا تفنى . كما بينت النظرية النسبية لأينشتاين أن الطاقة يمكن أن تتحول إلى مادة (أنظر أسفله) :

وقانون انحفاظ الطاقة هو أحد المبادئ الأساسية في جميع العلوم ^[1] وينص على:

كمية الطاقة الكلية في نظام مغلق لا تتغير.

ونعني "بنظام مغلق" بأنه نظام لا يتبادل طاقة أو معلوماتية أو مادة أو تآثر مع الوسط المحيط.

الطاقة

الطاقة هي أحد صور الوجود ، فالكون مكون من أجرام وطاقة . منذ النظرية النسبية لاينشتاين نعرف تكافؤ المادة والطاقة ، فالطاقة يمكن ان تتحول إلى مادة وبالعكس يمكن للمادة أن تتحول إلى طاقة . وقد رأينا تحول المادة إلى طاقة في اختراع القنبلة الذرية.

يمكن للطاقة أن تأخذ أشكالاً متنوعة منها طاقة حرارية ، كيميائية، كهربائية ، إشعاعية ، نووية، طاقة كهرومغناطيسية، وطاقة حركية. هذه الأنواع من الطاقة يمكن تصنيفها بكونها طاقة حركية أو طاقة كامنة، في حين أن بعضها يمكن أن يكون مزيجا من الطاقتين الكامنة والحركية، وهذا يدرس في الديناميكا الحرارية.

جميع أنواع الطاقة يمكن تحويلها من شكل لآخر بمساعدة أدوات بسيطة أو أحياناً تستلزم تقنيات معقدة مثلاً من الطاقة الكيميائية إلى الكهربائيةعن طريق الأداة الشائعة البطاريات أوالمركمات، أو تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية وهذا نجده في محرك احتراق داخلي، أو تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، وهكذا.

وقد بينت نظرية النسبية لأينشتاين أن المادة والطاقة هما صورتان لشيء واحد، وعرفنا تكافؤ المادة والطاقة ، هذا الاكتشاف اكتشفة أينشتاين عام 1905 وكتبه في النظرية النسبية الخاصة ، ويعبر عن تكافؤ الطاقة والمادة بمعادلته الشهيرة : E=mc². هذا الاكتشاف الذي نتج عنه اختراع القنبلة الذرية التي ألقيت على هيروشيما عام 1945 وأنهت الحرب العالمية الثانية بيناليابان والولايات المتحدة. ونعرف تحول المادةmatter إلى طاقة من الانشطار النووي و الاندماج النووي.

مصطلحات الطاقة وتحولاتها مفيدة جداً في شرح العمليات الطبيعية. فحتى الظواهر الطقسية مثل الريح، والمطر و البرق و الاعاصير  تعتبر نتيجة لتحولات الطاقة التي تأتي من الشمسعلى 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.

صور للطاقة و الشغل