ما هي الطاقة؟

تُعرَّف الطاقة (بالإنجليزية: Energy) بأنّها القدرة على القيام بعمل ما وإحداث التغييرات، وهناك العديد من أنواع الطاقة، منها: طاقة الإشعاع، أو الحرارة، أو الكهرباء، أو الطاقة النووية، وغيرها، ومن أبرز الأمثلة على تحويل الطاقة من شكل إلى آخر المصباح الكهربائي، فعند تشغيل المصباح الكهربائي وتركه لفترة من الزمن يصبح الجو حارًا، والسبب في ذلك تحول الطاقة في المصباح الكهربائي من الطاقة الكهربائية إلى الحرارية وإنتاج الضوء.[١][٢]


أنواع الطاقة

تأخذ الطاقة، المُخزنة في الأشياء والجزيئات والذرات، أشكالًا مختلفة:[٣][٤]

  • الطاقة الميكانيكية: الطاقة الميكانيكية هي الطاقة المخزنة في الأشياء، وهي مجموع مصدرين آخرين للطاقة، هما:
  • الطاقة الحركية: هي الطاقة التي تنتج عن الحركة، وكلما تحرك الجسم بشكل أسرع زادت طاقته الحركية، ومن الأمثلة عليها: طاقة الأنهار (الطاقة الهيدروليكية)، وطاقة الرياح، إذ يُمكن تحويل هذه الطاقة إلى طاقة ميكانيكية عن طريق طواحين المياه، أو طواحين الهواء، أو المضخات المتصلة بالتوربينات، أو إلى الكهرباء عند تشغيل المولد.
  • الطاقة الكامنة: هي الطاقة المخزنة في الأجسام الثابتة، ويظهر هذا النوع من الطاقة فقط عند تحويله إلى طاقة حركية، فمثلًا عندما تُرفع الكرة، فإنّها تكتسب طاقة كامنة من الجاذبية لا تظهر إلّا عندما تسقط.
  • الطاقة الحرارية: هي ببساطة الحرارة، الناتجة عن حركة الجزيئات والذرات داخل المواد، وبالتالي فإنّ الطاقة الحرارية تمثل الطاقة الحركية الداخلية للجسم، فمثلًا يتمّ تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية في المحرك البخاري أو التوربينات، ويتمّ تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء في محطة توليد الطاقة الحرارية، كما يُمكن استخدام الطاقة الحرارية الموجودة في باطن الأرض (الطاقة الحرارية الأرضية) للتدفئة أو لتوليد الطاقة.
  • الطاقة الكيميائية: هي الطاقة المخزنة في روابط الذرات والجزيئات، ويُمكن لبعض التفاعلات الكيميائية المعروفة باسم التفاعلات الطاردة للحرارة (بالإنجليزية: Exothermic Reaction) أن تكسر هذه الروابط لتحرير طاقتها، فأثناء الاحتراق في التفاعل الطارد للحرارة، يقوم النفط، والغاز، والفحم، والكتلة الحيوية بتحويل طاقته الكيميائية إلى حرارة، وغالبًا يكون على شكل ضوء، وكذلك تحدث التفاعلات الكيميائية في البطاريات بتحويل الطاقة الكيميائية إلى كهربائية.
  • الطاقة النووية: هي الطاقة المخزنة في مركز الذرات، وبالتحديد في الروابط بين الجسيمات (البروتونات والنيوترونات) التي تُشكل نواة الذرة، فعندما يتمّ تحويل النوية الذرية خلال التفاعل النووي يتمّ إطلاق الحرارة، وفي محطات الطاقة النووية يتمّ تقسيم نوى اليورانيوم في عملية تعرف باسم الانشطار (بالإنجليزية: Fission)، ويتمّ تحويل بعض الحرارة المنبعثة إلى كهرباء، وفي النجوم مثل الشمس، يتمّ إطلاق الطاقة الذرية عندما تتحد النوى في عملية تعرف باسم الاندماج (بالإنجليزية: Fusion).
  • الطاقة الكهربائية: هي الطاقة التي يتمّ نقلها من نظام إلى آخر باستخدام الكهرباء، أو هي الطاقة المخزنة في حالة الطاقة الكهروستاتيكية، بمعنىً آخر تُعدّ الطالقا الكهربائية حركة الجسيمات المشحونة، وتُعدّ الكهرباء حاملة للطاقة وليست نوعًا من الطاقة في حد ذاتها، ولكن مصطلح (الطاقة الكهربائية) شائع الاستخدام في حياتنا، وتمثل المولدات والبطاريات أحد أمثلة للأنظمة التي يُمكن أن توفر الكهرباء، في حين أنّ المقاومات والمصابيح الكهربائية والمحركات الكهربائية هي أمثلة على الأنظمة التي تستقبل الكهرباء.
  • الطاقة الكهرومغناطيسية: الطاقة الكهرومغناطيسية (أو الطاقة المشعة) هي الطاقة الناتجة من الضوء أو الموجات الكهرومغناطيسية، ويحتوي أيّ شكل من أشكال الضوء على طاقة كهرومغناطيسية، بما في ذلك أجزاء من الطيف التي لا يمكننا رؤيتها بالعين المجردة، ومن الأمثلة عليها: أمواج الراديو، وأشعة جاما، والأشعة السينية، والموجات الميكرويف، والأشعة فوق البنفسجية.
  • الطاقة الصوتية: هي طاقة الموجات الصوتية التي تنتقل عبر الهواء أو أيّ وسط آخر، ومن الأمثلة عليها: صوت الإنسان.
  • الطاقة الجاذبية: تتضمن التجاذب بين جسمين بناءً على كتلتهما، ويُمكن أن تكون هذه الطاقة بمثابة أساس للطاقة الميكانيكية، مثل الطاقة الكامنة لجسم موضوع على رف، أو الطاقة الحركية للقمر في مداره حول الأرض.
  • طاقة التأين: وهي شكل من أشكال الطاقة التي تربط الإلكترونات بنواة ذرته، أو الأيون، أو الجزيء، مثل: طاقة التأين الأولى للذرة هي الطاقة اللازمة لإزالة إلكترون واحد بشكل كامل من الذرة.


مصادر الطاقة

هناك نوعان من أنواع مصادر الطاقة، هما:


مصادر الطاقة المتجددة

تُعرّف الطاقة المتجددة (بالإنجليزية: Renewable Energy) بأنّها الطاقة التي تنتجها الموارد الطبيعية، والتي تتجدد بشكل طبيعي في غضون فترة زمنية تمتد لبضعة أعوام، مثل: ضوء الشمس، والرياح، والأمطار، والأمواج، والمد والجزر، والطاقة الحرارية الجوفية،[٥] وتتمثل مصادر الطاقة المتجددة فيما يأتي:[٦]

  • الطاقة الشمسيّة: يعتمد هذا النوع من الطاقة على قوة الاندماج النووي الذي يحدث في مركز الشمس، ويُمكن تجميع هذه الطاقة وتحويلها بعدّة طرق مختلفة، ومنها: استغلالها حرارياً لتسخين المياه عن طريق المُجمعّات الشمسيّة، وهذه الطريقة تصلح للاستخدام المنزلي، ومن الطرق أيضاً الاستخدامات التكنولوجيّة المعقّدة التي تعمل عن طريق التحويل المباشر لضوء الشمس إلى الطاقة الكهربائيّة؛ وذلك باستخدام المرايا، أوالمُسخنّات، أو الخلايا الضوئية.
  • طاقة الكتلة الحيويّة: ينتج هذا النوع من الطاقة من النباتات والحيوانات، مثل: المحاصيل العشبيّة وخشب الأشجار، حيث إنّ حرق الأشجار يؤدّي إلى إطلاق الطاقة الكيميائيّة على شكل حرارة، ولكن هذه العملية تؤدّي إلى إطلاق كميّات وفيرة من غازات ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجويّ، ممّا يُسبب تلوث الهواء في عدّة مناطق، كما إنّ أكثر العمليات المعتمدة على هذا النوع من الطاقة المتجددة هي إنتاج الميثان، وإنتاج الكحول اللازم لتشغيل سيارات الوقود، وتزويد محطات توليد الطاقة الكهربائية بالوقود.
  • طاقة الرياح: هي الطاقة المستمدة من الطاقة الحركيّة للرياح، وذلك بواسطة استخدام توربينات الرياح لإنتاج الطاقة الكهربائيّة، ولكن تحتاج هذه الطاقة إلى تغطية واسعة النطاق لتوليد كميات كبيرة من الطاقة.[٧]
  • الطاقة الكهرومائيّة: هي الطاقة الكهربائية الناتجة من استخدام المولدات التي تعمل عن طريق التوربينات التي تقوم بتحويل الطاقة الكامنة الموجودة في المياه المتساقطة أو سريعة التّدفق إلى طاقة ميكانيكية تُنتج الطاقة الكهربائيّة.[٨]


مصادر الطاقة غير المتجددة

يُمكن تعريف الطاقة غير المتجددة (بالإنجليزيّة: Non-renewable Energy) على أنّها الطاقة المُستمدّة من الموارد الطبيعيّة التي تنفد، ولا يُمكن استرجاعها بعد استخدامها، ويُعدّ الوقود الأحفوريّ أحد مصادر الطاقة غير المتجددة، والذي يتكون من ثلاثة أنواع رئيسة، وهي: الفحم، والنفط، والغاز الطبيعيّ، وقد تكوّنت جميع هذه الأنواع بطريقة متشابهة في الأرض منذ مئات ملايين السنين، ويُعدّ الكربون العنصر الرئيس في الوقود الأحفوريّ، من الأمثلة على الطاقة غير المتجددة، وتتمثل مصادر الطاقة غير المتجددة فيما يأتي:[٩]

  • الفحم: الفحم هو عبارة عن صخرة سوداء، أو بنية اللون، يتمّ حرقه لإنتاج الطاقة، ويُستخرج من باطن الأرض بطريقتين، وهما: التعدين تحت الأرض، ويتمّ اللجوء لهذه الطريقة عندما يكون الفحم تحت سطح الأرض على عمق 300 متر، والتعدين السطحيّ، والتي يتم اللجوء إليها عندما يكون الفحم بالقرب من سطح الأرض، ويُعدّ الفحم مصدرًا لنصف كميّة الكهرباء تقريبًا في الولايات المتحدة، كما يُعدّ من المصادر الموثوقة للطاقة، إذ يُمكن الاعتماد عليه بكافة الظروف والأوقات لتوفير الوقود والكهرباء، لكنه يُعدّ من أهمّ ملوثات الغلاف الجوي.
  • النفط: النفط هو أحد أنواع الوقود الأحفوري، ويكون على شكل سائل، ويُسمى أيضًا البترول، أو النفط الخام، ويكون محاصرًا بتكوينات صخريّة تحت سطح الأرض، أو في قاع المحيط، ويتمّ استخراجه من باطن الأرض بالاستعانة بآلات حفر خاصة، ويتمّ تحويل نصف كمية النفط المُستخرَجة عالميًا إلى بنزين، وتكرير الكمية المُتبقية منه، واستخدامها في الكثير من المنتجات السائلة والصلبة؛ كطلاء الأظافر، وأنابيب المياه، وأقلام التلوين، وغيرها العديد من المنتجات، ويُعدّ استخراجها غبر مكلف نسبيًا، وهو مصدر موثوق للطاقة، ولكنه يزيد من نسبة تلوث البيئة، وقد يسبب تسرب النفط إلى مشاكل بيئية في البحار والمحيطات، ويضر البيئة البحرية.
  • الغاز الطبيعيّ: الغاز الطبيعيّ هو نوع آخر من الوقود الأحفوري، وهو موجود في باطن الأرض، ومحاصر في خزانات، أو ما يُسمّى مكامن (بالإنجليزية: Reservoir)، ويتكون من غاز الميثان بشكل أساسيّ، ويُستخدَم في التدفئة، والطبخ، ويُمكن حرقه لتوليد الكهرباء، ويُعدّ أنظف من النفط، أو الفحم، إذ يتمّ إطلاق ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء فقط عند حرقه، هذا كما يتميّز بأنّه غير مكلف نسبيًا عند استخراجه، لكن المواد التي يتمّ حقنها في الأرض لاستخراجه قد تلوث المياه الجوفية.
  • الطاقة النووية: يتمّ انبعاث الطاقة النوويّة عند الانشطار النوويّ، أي انشقاق نواة الذرة، وتُعد الطاقة النوويّة طريقة شائعة لتوليد الطاقة الكهربائيّة في جميع أنحاء العالم، وتُستخدَم محطات الطاقة النوويّة في أغلب الأوقات عنصر اليورانيوم، ويتمّ ذلك من خلال اصطدام النيوترون بذرة اليورانيوم، فيقسمها، فتنطلق كمية كبيرة من الطاقة على شكل حرارة وإشعاع، وعند انشطار ذرة اليورانيوم، يتمّ إطلاق المزيد من النيوترونات لاستمرار انشطارها، وتُسمّى هذه العملية التفاعل النووي المتسلسل (بالإنجليزية: Nuclear Chain Reaction)، ويُعدّ عنصر اليورانيوم الوقود الأكثر استخدامًا في المنشآت النوويّة للانشطار النوويّ، وأحد مصادر الطاقة غير المتجددة، مع أنّه من المعادن الشائعة الموجودة في الصخور في كافة أرجاء العالم، وعلى الرغم من ذلك، فإنّ الطاقة النوويّة لها الكثير من السلبيات؛ كإنتاج المواد المشعّة، إذ يُمكن أن تكون النفايات المشعة شديدة السميّة، ومسببة للحروق، هذا كما أنّها تزيد من خطر الإصابة بالعديد من الأمراض.[١٠]


المراجع

  1. ↑ "What Is Energy?", teachengineering, 14/5/2021, Retrieved 7/6/2021.
  2. ↑ Erik Gregersen (29/5/2020), "Energy", britannica, Retrieved 7/6/2021.
  3. ↑ "Energy in All Its Forms", planete-energies, 8/1/2015, Retrieved 7/6/2021.
  4. ↑ Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (23/1/2020), "10 Types of Energy and Examples", thoughtco, Retrieved 10/6/2021.
  5. ↑ "Renewable Energy", sciencedirect, Retrieved 10/6/2021.
  6. ↑ "Renewable Energy", altenergy, Retrieved 7/6/2021.
  7. ↑ "wind power", cleanpower.org, Retrieved 7/6/2021.
  8. ↑ Erik Gregersen (24/8/2020), "Hydroelectric power", britannica, Retrieved 7/6/2021.
  9. ↑ "Non-renewable energy", nationalgeographic, Retrieved 7/6/2021.
  10. ↑ "Nuclear energy", eia, 17/4/2020, Retrieved 7/6/2021.