الطاقة الحرارية
تستمد الأرض الطاقة من الشمس على شكل حرارة تصلها مباشرة وتؤثر طاقة جذب
الشمس في الأرض فتبقيها في مدار حولها تحدث خلاله اختلافات في درجة الحرارة
على المناطق المختلفة من سطح الأرض، كذلك تؤثر الأرض في القمر الذي يدور
في مدار حولها ويستمد جزءا من طاقته الضوئية والحرارية منها. تظهر هذه
الصورة التي التقطتها مركبة الفضاء أبوللو 8 كوكب الأرض كما ظهر لها من على
سطح القمر، وقد أضاءت الشمس جزءا منه وغرق الجزء الآخر في الليل.
قال تعالى: وكل في فلك يسبحون .
1. الطاقة
إذا نظرنا إلى ما يحيط بنا نجد أنه يتشكل كله من المادة التي تتكون من ذرات
وجزيئات، وتتشكل في إحدى الحالات الصلبة أو السائلة أو الغازية ونلاحظ أن
هذه المادة منها الساكن ومنها المتحرك ومنها الساخن ومنها البارد ومنها
المضيء ومنها المعتم. هذه السمات الأخيرة؛ السكون والحركة والسخونة
والبرودة والإضاءة والإعتام صفات تكتسبها المادة دون أن تغير جوهرها أو
تركيبها وهي ناتجة عن اكتساب المادة ما نسميه الطاقة، التي تنتقل من المادة
وإليها وبأشكال مختلفة والطاقة هي الوجه الآخر لموجودات الكون غير الحية.
فالجمادات بطبيعتها قاصرة عن تغيير حالتها دون مؤثر خارجي، وهذا المؤثر
الخارجي هو الطاقة، فالطاقة هي مؤثرات تتبادلها الأجسام المادية لتغيير
حالتها، فمثلا لتحريك جسم ساكن ندفعه فنعطيه بذلك طاقة حركية. ولتسخين جسم
نعطيه طاقة حرارية، ولجعل الجسم مرئيا نسلط علية ضوءا فنعطيه طاقة ضوئية،
وهناك أشكال أخرى من الطاقة كالطاقة الصوتية والكيميائية والكهربائية
والنووية. ونحتاج إلى الطاقة في مختلف مجالات الحياة لتشكيل وتحريك
واستخدام المادة المحيطة بنا لتسخيرها في خدمتنا. ولو حاولنا استقصاء وجود
الطاقة وشكلها في حياتنا اليومية لوجدناها في كثير مما يحيط بنا:
تدبر الحالات التالية وحاول معرفة نوع الطاقة المتضمن في كل حالة.
1- عامل بناء ينقل الطوب من موقع إلى آخر داخل بناية.
2- خباز يدخل الأرغفة عجينا في المخبز ثم يخرجها ناضجة شهية للأكل.
3- سائق يطلق بوق السيارة وأمامه قطيع من الأغنام.
4- سيدة تضغط كبسة الإنارة في البيت مساء.
5- بطارية جافة تستخدم لتشغيل ساعة.
6- مفاعل نووي يقوم بتحلية مياه البحر.
7- محطة على نهر كبير تولد الكهرباء من المياه الساقطة .
من الواضح أن العامل يعطي الطوب طاقة حركية عند نقله والخباز يعرض الأرغفة
للطاقة الحرارية أما السائق فيولد طاقة صوتية من بوق السيارة. والسيدة تزود
اللمبة بطاقة كهربائية كيما تعطيها اللمبة طاقة ضوئية، والبطارية الجافة
تستخدم الطاقة الكيميائية لإنتاج الطاقة الكهربائية، والمفاعل يحلي مياه
البحر المالحة باستخدام الطاقة النووية أما محطة التوليد على السد فتحول
الطاقة الحركية للمياه الساقطة إلى طاقة كهربائية. وتبين الصورة التالية
تحويل الطاقة الحرارية إلى حركية.
1 -الطاقة الميكانيكية:
من أكثر أشكال الطاقة ظهورا واستخداما في حياتنا الطاقة الميكانيكية، وهي
الطاقة المسؤولة عن كل أنواع الحركة التي نراها. وتحوي الطاقة الميكانيكية
نوعين رئيسيين هما طاقة الحركة وطاقة الوضع.
فعند دفع كرة لتتدحرج على مستوى أفقي نقول أن معها طاقة حركة مكنتها من
الاستمرار في الحركة. ونقول عن كل جسم متحرك أنه يمتلك طاقة حركة K تزيد
بزيادة كتلته m وسرعته v، إذ تعطى طاقة الحركة لهذا الجسم كما يلي:
ولإيقاف هذا الجسم علينا أن نأخذ منه تلك الطاقة بأن نجعله يصدم جسما آخر
مثلا فيعطيه هذه الطاقة بينما يتوقف هو عن الحركة.
والنوع الآخر هو طاقة الوضع أو الطاقة الكامنة وهي ما نختزنه في الجسم
عندما نرفعه إلى أعلى، إذ أننا لو تركناه بعدئذ فإنه يتحرك ساقطا. مما يدل
على أن طاقة ما كانت معه بدأت تتحول إلى حركة. هذه الطاقة الكامنة أو
المختزنة فيه نسميها طاقة الوضع. كذلك لو ضغطنا زنبركا فإننا نختزن فيه
طاقة وضع بدليل أنه عند إفلاتنا له يمكن دفع جسم أمامه وتحريكه، وعند وضع
شحنتين متماثلتين قريبا من بعضهما فإن طاقة كامنة تختزن فيهما. وعند
إفلاتهما تتحركان متنافرتان عن بعضهما.
2- الشغل :
عندما يؤثر مؤثر على جسم فيحركه من مكانه نقول أن هذا المؤثر بذل شغلا على
هذا الجسم. فإذا أثر هذا المؤثر بقوة F على جسم فحركه باتجاه القوة مسافة r
فإننا نعرف الشغل W الذي بذله بأنه:
W = F . r
وحيث أن ناتج الشغل هو طاقة ميكانيكية أي طاقة حركية أو طاقة وضع، فإن طاقة
الحركة التي يزودها المؤثر كذلك إذا تحول الشغل إلى طاقة وضع U عند رفع
الجسم إلى أعلى مثلا فان القوة اللازمة لرفع الجسم هي وزنه (m g) حيث g هي
تسارع الجاذبية الأرضية. وبذلك فإن:
للجسم سوف تساوي الشغل المبذول عليه أي:
أما عند سقوط الجسم من الأعلى إلى الأسفل فإنه يحول الطاقة الكامنة فيه
تدريجيا إلى طاقة حركة فتكون:
ونقول أن الطاقة الكامنة في الجسم قد تحولت كلها إلى طاقة حركة عندما يهبط
الجسم إلى الارتفاع الأصلي الذي كان علية قبل رفعه. ومن الأمثلة على هذه
التحولات البندول البسيط.
الطاقة لا تفنى ولا تخلق ولكنها تتحول من شكل إلى آخر.
وهكذا فيمكننا بواسطة الأجهزة المختلفة التي تم اختراعها وبناؤها في
حضارتنا الحديثة تحويل أي شكل من الطاقة إلى أي شكل آخر.
ويبين الجدول التالي بعض الأجهزة التي تقوم بتحويل كل من أشكال الطاقة في
العمود الأول إلى الشكل المقابل في العمود الثالث:
الشكل الثاني الجهاز الشكل الأول
طاقة صوتية الميكروفون طاقة كهربائية
طاقة كيمائية مدفأة الغاز طاقة حرارية
طاقة نووية المفاعل طاقة كهربائية
طاقة كهربائية المصباح طاقة ضوئية
طاقة كهربائية المروحة طاقة حركية
الجمعة مارس 23, 2012 3:15 am