الفيزياء

الطاقة: تعريفها وأشكالها وكيفية قياسها

2008 كتاب المعرفة – العلم والتكنولوجيا

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

يستلزم للقيام بعمل ما وجود طاقة. إن الطاقة ليست مجرد الضوء الذي يأتي من الشمس أو الحرارة التي تتوّلد من النار.

فالطاقة في العلم هي القدرة أو إمكانية القيام بعمل ما أو إحداث تغيير.

توجد الطاقة في كثير من الأشكال المختلفة، من الطاقة الكيميائية المخزنة في السكر الى الطاقة الميكانيكية في القطار السريع.

الطاقة الكامنة هي طاقة مخزنة جاهزة للإنطلاق كما في الزنبرك المضغوط أو في قطعة مطاط مشدودة.

الطاقة الحركية هي الطاقة التي يمتلكها جسم ما بسبب حركته، مثل دحرجة كرة أو سقوط حجر.

يعد الطعام مخزناً للطاقة الكيميائية، فحينما يُؤكل يستخدم كطاقة لحركة جسم الانسان.

إن إنتقال الطاقة هو حركة الطاقة من مكان الى آخر مثل ارتفاع الحرارة فوق النار أو إلقاء كرة.

 

تحويل الطاقة يحدث عندما تتغير أوجه الطاقة من صورة الى أخرى، مثال على ذلك عندما تولد محركات الرياح الطاقة الكهربائية.

تضمن الطاقة أشكالاً اخرى منها الحرارة والكهرباء والصوت والاشعاعات الكهرومغناطيسية.

الضوء هو نوع من الاشعاع الكهرومغناطيسي مثل المايكروويف وموجات الراديو والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء و أشعة جاما.

يحتاج الشخص العادي من 5 الى 10 ملايين جول من الطاقة يومياً تُستخلص من الطعام ليبقى نشيطاً وبصحة جيدة.

تتركز الطاقة في بعض الأطعمة أكثر من غيرها. فمثلا 30 غراماً من الزبدة تعطي نفس كمية الطاقة ل 500 غرام من البازلاء.

 

تنتج الطاقة النووية في مفاعلات داخل محطات الطاقة النووية، أو في الغواصات النووية و في بعض مركبات الفضاء وكذلك في الانفجارات النووية. وهي تسمى بالطاقة النووية لأنها تنتج عن انشطار نواة الذرة.

يحتاج المشي الى طاقة خمس مرات أكثر من الطاقة التي يحتاجها الجلوس. ويحتاج الركض الى طاقة اكثر بسبع مرات.

إن الطاقة لا يمكن استحداثها أو تدميرها – ولكن يمكن فقط أن تتغير من صورة الى اخرى. لذلك كل الطاقة في العالم كانت دائماً موجودة بغض النظر عن ماهيتها الآن. حين يتم رفع شيء ما فإنه يقوم بتخزين الطاقة التي استخدمت في رفعه إلى الأعلى في شكل طاقة كامنة.

تحول توربينات الرياح الطاقة الحركية للهواء المتحرك إلى كهرباء. وتحصل الرياح على طاقتها في شكل حرارة مصدرها الشمس.

في الحقيقة جميع أشكال الطاقة تقريباً التي نستخدمها على سطح الأرض مصدرها بشكل أو بآخر الشمس. تولد توربينات الرياح طاقتها بشكل دائم بدون استهلاك مصادر وقود مهمة.

خلال جزء من الثانية حين يتحرك العداؤون مبتعدين عن حواجز البداية يصبح تسارعهم أكبر من سرعة سيارة سباق، ويقوموا بتحويل الطاقة الكيميائية إلى قوة عضلية التي بدورها تنتج طاقة حركية. وفي نهاية السباق سرعان ما يفقد العداؤون طاقتهم الحركية حين يتوقفون.

 

يحتاج الشخص العادي من 5 الى 10 ملايين جول من الطاقة يومياً تُستخلص من الطعام ليبقى نشيطاً وبصحة جيدة.

تتركز الطاقة في بعض الأطعمة أكثر من غيرها. فمثلا 30 غراماً من الزبدة تعطي نفس كمية الطاقة ل 500 غرام من البازلاء.

تنتج الطاقة النووية في مفاعلات داخل محطات الطاقة النووية، أو في الغواصات النووية و في بعض مركبات الفضاء وكذلك في الانفجارات النووية. وهي تسمى بالطاقة النووية لأنها تنتج عن انشطار نواة الذرة.

يحتاج المشي الى طاقة خمس مرات أكثر من الطاقة التي يحتاجها الجلوس. ويحتاج الركض الى طاقة اكثر بسبع مرات.

إن الطاقة لا يمكن استحداثها أو تدميرها – ولكن يمكن فقط أن تتغير من صورة الى اخرى. لذلك كل الطاقة في العالم كانت دائماً موجودة بغض النظر عن ماهيتها الآن.

 

– قياس الطاقة: إن وحدة القياس الأساسية لكل من الطاقة والشغل هي “الجول”.

وقد استخدمت وحدة قياس أقدم من ذلك وهي “السعر الحراري” (كالوري) لقياس الطاقة الحرارية والطاقة الكيميائية المخزنة في الطعام.

واحد سعر حراري يساوي 2.4 جول. وكيلو سعر حراري واحد يساوي4200 جول (2.4 كيلو جول).

يتطلب اضاءة لمبة بقوة 100 واط واحد جول من الطاقة الكهربائية لكل ثانية.

اذا تركت لمبة عادية مضاءة لمدة 24 ساعة فإنها تستهلك حوالي 5 ملايين جول.

تطلق الشرارة الكهربائية التي تحدث في البرق لمدة جزء من الثانية حوالي 2000 مليون جول.

يطلق زلزال أرضي قوي حوالي 10 ملايين ملايين ملايين جول في ثوان معدودة.

 

– طاقة المركبة الفضائية: نحتاج إلى نحو 100 بليون جول لإطلاق مركبة فضائية

 

– مدهش: إن انفجار نجم مستعر-أي موت عنيف لنجم ضخم، ينتج عنه في الثواني العشر الاولى طاقة أكثر من الطاقة التي تنتجها الشمس في حوالي 10 بلايين عام على الأرض.