قانون الطاقة

بواسطة: - آخر تحديث: ١٤:٣٦ ، ١٨ سبتمبر ٢٠١٩

قانون الطاقة

يُعرف قانون الطاقة تبعًا للمبادئ الفيزيائية الذي بموجبه يقول أنّ طاقة الأجسام أو الجزيئات المتفاعلة في أيّ نظام مغلق تبقى ثابتة المقدار ولا تتغيّر؛ أيّ أنّه على سبيل المثال في الطاقة الحركية التي تنشأ نتيجة التصادمات بين الجسيمات المادة فإنّ مجموع الطاقة الحركية لهذه الجزيئات قبل أن يحدث لها الاصطدام يساوي مجموع الطاقة الحركية لها بعد عملية الاصطدام، أيّ يظلُّ مقدار الطاقة ثابتًا ولا يحدث هدر أو تدمير لها حسب هذا المبدأ[١]، بالإضافة إلى حفظ كميّة الطاقة فإنّ هذا القانون يشملُ أيضًا الحفاظ على الكتلة، والحفاظ على مقدار قيمة الزخم، ويمكن أيضًا تحويل الطاقة من شكل إلى آخر مع الحفاظ على مقدارها ثابتًا أيضًا، وتعدّ الديناميكا الحرارية فرع من فروع علم الفيزياء الذي يتعامل تحديدًا مع الطاقة، وطريقة عمل النظام الخاصّ بتحويل أنواع الطاقة جميعها.[٢] يُقاس مقدار الطاقة بوحدة الجول ويعبّر عنها رياضيًا ضمن الصيغة الآتية:[٣](طاقة الحركة الابتدائية) + (طاقة الوضع الابتدائية) = (طاقة الحركة النهائية) + (طاقة الوضع النهائية)

ونظرًا إلى أنّ النظام يعمل ضمن البيئة المحيطة به، فيضاف الشغل المبذول من أي مصدر يؤثر على النظام، ويقع ضمن نطاقه إلى الصيغة لحساب التغير في إجمالي الطاقة الميكانيكية، فيصبحُ شكل صيغة المعادلة الرياضية باستخدام الرموز كالآتي إذ يدّل الرمز w على مقدار الطاقة إلى أضيفت للنظام من قِبل مؤثر خارجي:[٣]K1 + U1 + W = K2 + U2


أشكال الطاقة

يمكنُ تصنيف الطاقة إلى العديد من الأنواع تبعًا لشكلها أو طريقة انتقالها في الطبيعة، ومن أبرز تلك الأنواع:[٤]

  • الطاقة الحراريّة: تنشأ الطاقة الحرارية نتيجةَ اهتزاز الذرات والجزيئات داخل المواد جميعها، وكلّما ازداد عدد التصادمات والحركات بمعدّلٍ أعلى وبسرعة أكبر ازداد مقدار الطاقة التي تمتلكها الجزيئات والذرات وكانت درجات الحرارة الناتجة أكثر ارتفاعًا وسخونة.
  • الطاقة الكيميائية: تُخزّن الطاقة الكيميائية في روابط الذرات والجزيئات، وتعدّ الطاقة التي تجمع هذه الجسيمات جميعها معًا، كما توجد الطاقة الكيميائية المخزّنة في العديد من المواد مثل أنواع الغذاء الذي يمدّ الجسم بالطاقة، والكتلة الحيوية أيضًا، إضافةً إلى الطاقة المُخزّنة في النفط والغاز الطبيعي.
  • الطاقة النووية: تُخزّن الطاقة النووية داخل نواة الذرة، إذ تطلق وتحرر هذه الطاقة عندما يجمع بين النواة أثناء عملية الانصهار أو أثناء عملية الانقسام أو كما تُعرف أيضًا بعملية الانشطار، وتقسم محطّات توليد الطاقة النووية نوى ذرات عنصر اليورانيوم المشعّ لإنتاج طاقة الكهرباء.
  • الطاقة الكهربائية: تنشأ الطاقة الكهربائية نتيجة حركة الإلكترونات؛ إذ إنّها جزيئات صغيرة الحجم وأحد المكوّنات التي تشكّل الذرات، إلى جانب البروتونات والنيوترونات، وتسمّى الإلكترونات التي تتحرك عبر السلك بالكهرباء، ومن الأمثلة أيضًا على الطاقة الكهربائية الطاقة التي تنشأ نتيجة حدوث البرق في الطبيعة.
  • الطاقة الإشعاعية: تُعرف الطاقة الإشعاعية أيضًا باسم الطاقة الضوئية أو الطاقة الكهرومغناطيسية، وينشأ هذا النوع من عملية انتقال الطاقة الحركية في الأمواج، ويضمّ هذا النوع من الطاقة تلك الناتجة عن أشعة الشمس والأشعة السينية، بالإضافة إلى الأمواج الراديوية.
  • الطاقة الضوئية: تعدّ الطاقة الضوئية شكلًا من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي، إذ يتكون الضوء من مادة تُسمّى الفوتونات، وتنتج عند عملية تسخين ذرات الجسم، وينتقل الضوء على شكل أمواج وهو الشكل الوحيد للطاقة المرئية التي تظهر للعين البشرية.
  • الطاقة الحركية: يُطلق على الطاقة الحركية أيضًا اسم الطاقة الميكانيكية، وهي تلك الطاقة المخزّنة في الأشياء نتيجة عملية الحركة، وتزداد قيمة الطاقة الحركية بازدياد سرعة الحركة، إذ تخزن المزيد من الطاقة داخل المادة.
  • الطاقة الصوتية: تُعرّف الطاقة الصوتية بأنها حركة الطاقة وانتقالها خلال المواد، وتنتقل هذه الطاقة عن طريق الأمواج وتنشأ عندما تتعرض أي مادة للاهتزاز، وتتميّز الطاقة الصوتية بكونها أقلّ الأنواع استهلاكًا للطاقة من غيرها.
  • طاقة المرونة: تعدّ طاقة المرونة شكلًا من أشكال الطاقة الكامنة التي تخزن في جسم مرن، وتعدّ النوابض بكافّة أنواعها من المواد المرنة التي تُخزّن هذا النوع من الطاقة بالإضافة إلى الأشرطة الملفوفة والمرنة، وتحتفظ هذه المواد بالطاقة عندما تتعرض إلى سحق أو مدّ، أو إلى أيّ نوعٍ من أنواع القوى الخارجية التي قد تؤثر عليها.
  • طاقة الجذب: تعدّ طاقة الجذب شكلًا من أشكال الطاقة الكامنة، وهي مرتبطة بقوة الجذب؛ إذ إنّ هذه الطاقة تخزن في الجسم تبعًا لاختلاف ارتفاعه عن الأرض؛ أيّ عندما يكون في موضع عالٍ مقارنة بموضع يبلغ ارتفاعه أقلّ من ذلك.
  • طاقة الوضع: تعدّ طاقة الوضع شكلًا رئيسيًا من أشكال الطاقة، وتُعرّف بأنّها الطاقة التي تخزن في أي مادة.
  • طاقة الاحتكاك: تنشأ طاقة الاحتكاك نتيجة حدوث تدحرج أو انزلاق بين سطحين مختلفين، وتنشأ هذه الطاقة بين المعادن بسبب قوى الجذب المعروفة أيضًا باسم قوى الالتصاق.[٥]


مصادر الطاقة الطبيعية

تُقسم مصادر الطاقة الطبيعية إلى مصادر طاقة متجدّدة ومصادر طاقة غير متجددة؛ إذ إنّ الطاقات المتجددة تتولد من مصادر دائمة في الطبيعة ويمكن الحصول عليها باستمرار، وعلى نطاق زمني قصير نسبيًا، ومن الأمثلة عليها الطاقة الشمسية والطاقة الناتجة من قوة هبوب الرياح، بالإضافة إلى طاقة تدفّق الماء، والطاقة الحرارية الأرضية والكتلة الحيوية، أمّا مصادر الطاقات غير المتجددة فتأتي من موارد لا يمكن استبدالها أو تحتاج إلى زمن طويل للحصول عليها مرّة أخرى ومن أشهر الأمثلة عليها هو الوقود الأحفوري الذي يشمل النفط والفحم الحجري بالإضافة إلى الغاز الطبيعي، وتعدّ الطاقة النووية أيضًا نوعًا غير قابل للتجديد نظرًا لوجود كمية محدودة في الطبيعة من عنصر اليورانيوم في القشرة الأرضية.[٦]


المراجع

  1. "Conservation law", britannica. Edited.
  2. " conservation of energy", nasa. Edited.
  3. ^ أ ب "Conservation of Energy Formula", softschools. Edited.
  4. "Forms of energy", solarschools. Edited.
  5. The Editors of Encyclopaedia Britannica, "Friction"، britannica. Edited.
  6. "Renewable Vs. Nonrenewable Energy Resources", sciencing. Edited.