علوم الأرض والجيولوجيا

نبذة تعريفية عن أهمية “الطاقة” في حياتنا وكيفية الحصول على “الطاقة الشمسية”

2011 تجارب علمية بيئتنا

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الطاقة أهمية الطاقة الطاقة الشمسية كيفية الحصول على الطاقة الشمسية علوم الأرض والجيولوجيا

إذا أشعلت عود ثقاب وتركته على طبق حتى يصبح أسود اللون فإن اللهب ينطفئ.

لقد استهلك عود الثقاب كل طاقته. وفي الخارج، حيث تسطع الشمس وتهب الرياح كل يوم، نستطيع استخدام طاقتهما مرة بعد أخرى.

إن الشمس هي مصدر الطاقة لكل الكائنات الحية على الأرض. وتستخدم النباتات طاقة الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى غذاء لمساعدتها على النمو، بينما تتغذى الكائنات الأخرى، مثل الحيوانات والفطريات، على النباتات.

 

تساعد الطاقة الحرارية النابعة من الشمس على إحداث مناخات مختلفة حول العالم التي بدورها تحدد المكان الذي تعيش فيه كل من هذه الكائنات.

يستخدم الإنسان الطاقة من الطعام، لكننا نستخدم أيضاً مصادر أخرى للطاقة من أجل توليد الحرارة والكهرباء وتزويد المصانع بالطاقة اللازمة. وتنتج معظم هذه الطاقة عن حرق الوقود الأحفوري.

يتشكل الوقود الأحفوري من التحلل البطيء للنباتات والحيوانات التي عاشت منذ مئات ملايين السنين، فالحرارة داخل الأرض وضغط المواد الأخرى التي تراكمت فوق الكائنات الميتة حولت الكربون في هذه الكائنات إلى فحم وغاز ونفط على مر ملايين السنين، لذلك نطلق عليها اسم الوقود الأحفوري.

 

وبما أن تكوّن الوقود الأحفوري يتطلب ملايين السنين بينما يتم استهلاكه بسرعة كبيرة، فإننا في النهاية سنعاني من نفاد هذا الوقود، كما يطرح الوقود الأحفوري مخلفات خطرة عند احتراقه.

وتساهم بعض هذه المخلفات في ارتفاع درجة حرارة الكرة الأرضية (الاحتباس الحراري) 21، وتفتك العديد من هذه المخلفات بالنباتات والحيوانات والبشر أيضاً.

تشكل التفاعلات النووية مصدراً آخر للطاقة. ومع أن محطات الطاقة النووية عالية الكفاءة، إلا أن المخلفات الناتجة عنها تكون مميتة ويصعب التخلص منها، كما أن الحوادث في محطات الطاقة النووية يمكن أن تقـضي على أعداد كبيرة من الناس بسرعة كبيرة.

 

وبالنظر إلى هذه الأسباب يقوم العلماء باستمرار بالبحث عن مصادر بديلة للطاقة التي لا تنفد ولا تلوث البيئة.

إن أحد مصادر الطاقة المتجددة هي طاقة الشمس، وتسمى أيضاً الطاقة الشمسية، والتي يمكن استخدامها لتوليد الحرارة والكهرباء (انظر إلى الشكل في جهة اليسار).

ينبغي تركيز أشعة الشمس على منطقة واحدة قبل أن نستطيع استخدام طاقتها لتزويد الطاقة. وتستخدم في محطات توليد الطاقة الشمسية الكبيرة أعداد كبيرة من المرايا تسمى «الصفائف» وظيفتها جمع أشعة الشمس.

 

وتستخدم الحرارة التي تجمعها الصفائف في تسخين الماء الذي يتحول إلى بخار، حيث يقوم بعدها بتشغيل مراوح كبيرة تسمى العنفات (أو التوربينات).

تقوم هذه العنفات بتشغيل المولّدة التي تنتج الكهرباء. تتنقل الشمس في السماء بينما يمر النهار، وبالتالي تدور المرايا باتجاه حركة الشمس وتتابع حركتها كي تبقى الأشعة مركزة ويستمر توليد الكهرباء.

يمكن تجهيز الأبنية أيضاً بألواح شمسية، بحيث توضع هذه الألواح على سطح البناء لالتقاط أكبر كمية ممكنة من أشعة الشمس.

 

وتُصنّع هذه الألواح الشمسية إما من الزجاج أو البلاستيك وتُطلى باللون الأسود (بما أن اللون الأسود يمتص الحرارة أكثر من اللون الأبيض).

وهناك مواسير ماء خلف الزجاج مثبتة على طبقات من صفائح معدنية تساعد على انعكاس حرارة الشمس وتركيزها.

 

يتم تسخين الماء البارد المتدفق عبر المواسير بواسطة أشعة الشمس، ومن ثم يتدفق إلى خزان الماء الساخن وينتقل بعدها إلى نظام التدفئة أو إلى صنابير المياه الساخنة.

سيتيح لك النشاط التالي الفرصة كي تكتشف بنفسك مدى فعالية الشمس في التدفئة، وتستطيع استخدام المعلومات التي تحصل عليها في استحداث طرق أكثر فاعلية في موضوع التدفئة الشمسية.

 

الخلايا الشمسية

تتألف ألواح الطاقة الشمسة، كتلك المركّبة على سقف المنزل المبين أدناه (جهة اليمين)، من خلايا شمسية كثيرة. تُصنّع الخلايا الشمسية (الخلايا الكهروضوئية) من طبقة رقيقة من السليكون توضع بجانب طبقة أرق من السليكون الممزوج بكمية صغيرة من عنصر معروف باسم "البورون".

عندما يسقط الضوء على الطبقة العليا من السيليكون، تنتقل الإلكترونات من الطبقة الثانية لتعبر إلى الطبقة العليا، وهذا التدفق للإلكترونات هو الذي يوّلد الكهرباء.

مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪جسر طويل جداً؟
ثار المتحدث الرسمي باسم رئيس الوزراء الاستغراب عندما أُعلِن مؤخراً أن العمل جارٍ جدياً على دراسة إمكانية ربط اسكتلندا بأيرلندا الشمالية بجسر يمتد عبر البحر الأيرلندي. والنقطتان المرشحتان في الوقت الحالي لبناء الجسر بينهما هما بورتباتريك Portpatrick على الساحل الاسكتلندي ولارن Larne على الساحل الأيرلندي الشمالي، ويفصل بينهما نحو 40 كم. وعدا عن طول المسافة، يطرح مثل هذا المشروع الهائل عدداً من التحديات الأخرى المهمة. فهناك، مثلا، عمق البحر الذي ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪بحث قد يقرِّبنا من اكتشاف سبب الصداع النصفي
عاني المصابون بالصداع النصفي حساسيةً عالية أو شديدة للضوء والصوت، وقد تفسر دراسة جديدة من جامعة برمنغهام University of Birmingham وجامعة لانكستر University of Lancaster أخيراً سبب ذلك. الصداع النصفي هو حالة عصبية تتبدى على شكل صداع شديد وموهِن. ويعاني ما يُقدر بنحو ستة ملايين شخص الصداع النصفي في المملكة المتحدة، أي ما يقرب من %11 من مجموع السكان. ووجدت الدراسة أن الأشخاص الذين يعانون الصداع النصفي يبدو أن لديهم قشرة بصرية Visual cortex قوية ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪بكتيريا الأمعاء مكنتنا من السفر بعيداً
ساعدنا أقدامنا على المشي، لكن بكتيريا الأمعاء هي التي مكنتنا من الانتشار في مختلف بقاع الأرض، وفقاً لدراسة جديدة أجراها فريق من العلماء من جامعة ولاية كارولاينا الشمالية بالولايات المتحدة. ويقترح الباحثون أن الميكروبيوم Microbiome في أمعائنا كان العامل الحاسم الذي سمح لنا بالتكيف والعيش في أماكن جديدة. ولا تزال الفرضيات التي اقترحتها هذه الدراسة بحاجة إلى اختبارها من قبل علماء الأحياء القديمة Palaeoanthropologists والإيكولوجيين والباحثين ... (قراءة المقال)