أنواع الطاقة المختلفة

أشكال الطاقة المختلفة

تتواجد الطاقة في أشكال متنوعة عبر الكون، بدءًا من الكائنات الحية وصولًا إلى الكواكب العملاقة، ويمكن أن تتحول الطاقة من شكل إلى آخر. وفيما يلي بعض من أبرز أشكال الطاقة:

الطاقة الميكانيكية

الطاقة الميكانيكية (بالإنجليزية: Mechanical Energy) تنتج في الأجسام نتيجة حركتها أو موقعها، ويمكن أن تتأتى من كليهما. تُستخدم هذه الطاقة في إنجاز الأعمال المختلفة. على سبيل المثال، كرة يتم رميها في الهواء تمتلك طاقة ميكانيكية ناتجة عن ارتفاعها عن سطح الأرض وكذلك من سرعتها.

يمكن تصنيف الطاقة الميكانيكية إلى نوعين رئيسيين:

• الطاقة الحركية.
• طاقة الوضع.

تشير طاقة الوضع إلى الطاقة المخزنة في جسم ساكن بسبب موقعه، مثل شخص واقف على ارتفاع معين. بينما تعبر الطاقة الحركية عن الطاقة الناتجة عن الحركة، كالعربة التي تسير بسرعة معينة أو الشخص الذي يتأرجح في أرجوحة.

بشكل عام، تكون طاقة الوضع للجسم المتحرك صفراً، بينما تكون طاقة الحركة لجسم ساكن صفراً أيضًا. العلاقة الرياضية التي تربط هذين النوعين تتيح حساب الطاقة الميكانيكية الكلية بالطريقة التالية:

الطاقة الميكانيكية = الطاقة الحركية + طاقة الوضع

وبالرُموز:

ط م = ط ح + ط و

وبالنسبة للرموز الإنجليزية:

M.E = K.E + P.E

ومن المعادلة:

M.E = 1/2 mv² + mgh

إذ إن:

• ط م (M.E): الطاقة الميكانيكية، بوحدة الجول.
• ط ح (K.E): الطاقة الحركية، بوحدة الجول.
• ط و (P.E): طاقة الوضع، بوحدة الجول.
• ك (m): كتلة الجسم، بوحدة كغ.
• ع (v): سرعة الجسم، بوحدة م/ث.
• أ (h): ارتفاع الجسم، بوحدة المتر.
• جـ (g): تسارع الجاذبية الأرضية، بوحدة م/ث².

الطاقة الكهربائية

تشير الطاقة الكهربائية (بالإنجليزية: Electrical Energy) إلى الطاقة الناتجة عن حركة الإلكترونات المشحونة أثناء انتقالها عبر موصل من نقطة لأخرى. لعبت الطاقة الكهربائية دورًا أساسيًا في العديد من التطبيقات اليومية. من بين هذه الاستخدامات:

• الإضاءة.
• توليد الحرارة أو التبريد.
• تشغيل الأجهزة والمعدات الإلكترونية.

تتولد الطاقة الكهربائية عبر ثلاث طرق رئيسية:

• الوقود الأحفوري

يعتبر الوقود الأحفوري المصدر الرئيسي لإنتاج الطاقة الكهربائية. على سبيل المثال، تم استخدام الغاز الطبيعي لإنتاج 40% من الكهرباء في الولايات المتحدة الأمريكية في عام 2020. ويستفيد هذا المصدر أيضًا من الفحم والنفط.

• الطاقة النووية

تعتمد الطاقة الكهربائية الناتجة من العملية النووية على حدوث الانشطار النووي داخل محطات الطاقة، حيث بلغت نسبة الطاقة المولدة بالطريقة النووية في أمريكا 20% بحلول عام 2020.

• الطاقة المتجددة

تشمل الطاقة المتجددة مصادر مثل الطاقة الشمسية، وطاقة الرياح، وطاقة المياه، والتي ساهمت بقدر 20% من إجمالي الطاقة الكهربائية المنتجة في الولايات المتحدة في عام 2020.

الطاقة المغناطيسية

الطاقة المغناطيسية (بالإنجليزية: Magnetic Energy) تتولد نتيجة حركة الإلكترونات في اتجاه معين، مثل انتقال الإلكترونات من القطب الشمالي إلى الجنوبي في المغناطيس. ويمكن التعبير عنها من خلال اتجاه المجال المغناطيسي الذي يتدفق من الأجسام الممغنطة.

الطاقة الكهرومغناطيسية

ترتبط الطاقة الكهربائية بالمغناطيسية ارتباطًا وثيقًا، وتُعرف الطاقة الكهرومغناطيسية (بالإنجليزية: Electromagnetic Energy) بأنها مجموعة بين النوعين. تتفاوت أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية حسب الطول الموجي والتردد.

تشمل أنواع الإشعاعات الكهرومغناطيسية:

• موجات الراديو.
• أشعة غاما.
• الأشعة تحت الحمراء.
• الأشعة فوق البنفسجية.
• الموجات السينية.

الطاقة الكيميائية

تعرف الطاقة الكيميائية (بالإنجليزية: Chemical Energy) بأنها الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية بين المركبات المختلفة. خلال التفاعلات الكيميائية الطاردة، يُطلق جزء من هذه الطاقة على شكل حرارة، وتتحول الطاقة الكيميائية إلى أشكال أخرى كما يوضح الجدول التالي:

تتحول الطاقة الكيميائية بشكل أساسي من شكل لآخر بعد حدوث التفاعلات الكيميائية، وتعتبر المحرك الأول لهذه التفاعلات، فكل تفاعل كيميائي يحتاج لطاقة مستهلكة أو متحررة. وتُقاس الطاقة الكيميائية عن طريق قياس الفرق بين المتفاعلات والنواتج باستخدام جهاز يسمى المسعّر.

الطاقة الحرارية

تُعتبر الطاقة الحرارية (بالإنجليزية: Thermal Energy) موجودة في جميع الأجسام بمختلف حالاتهم (صلبة، سائلة، غازية). يتكون كل جسم من جزيئات صغيرة تتحرك باستمرار، مما يؤدي إلى تصادمات تحدث الطاقة الحرارية.

تنتقل الطاقة الحرارية بطرق مختلفة، منها:

• الحمل

تنقل الحرارة بين السوائل والغازات، وتعتمد على فرق الكثافة.

• التوصيل

تنقل الحرارة عبر المواد الصلبة من خلال الاتصال المباشر بين الذرات.

• الإشعاع

يسمح بنقل الطاقة الحرارية عبر الأشعة دون الحاجة لوجود مواد، وتنتقل بسرعة الضوء وفي جميع الاتجاهات.

تنقل الحرارة بين الأجسام من أعلى حرارة إلى أدنى حرارة حتى الوصول للتوازن الحراري. فعلى سبيل المثال، عند وضع قطعة ثلج في سائل دافئ، تنتقل الحرارة من السائل إلى الثلج مما يؤدي لذوبانه.

تعتبر الطاقة الحرارية ضرورية في مجالات متعددة مثل التدفئة، الطبخ، التصنيع وغيرها.

الطاقة الأيونية

تُعرف الطاقة الأيونية (بالإنجليزية: Ionization Energy) بأنها الطاقة اللازمة لإزالة الإلكترون من ذرة معينة، وتقاس بالجول أو الإلكترون فولت. ويكون مقدار هذه الطاقة لإزالة الإلكترون الأول أقل من الطاقة المطلوبة لإزالة الإلكترونات الأخرى.

تدور الإلكترونات السالبة حول النواة الموجبة، حيث يحافظ الارتباط بينهما على استقرار الذرة. تهدف الطاقة الأيونية إلى كسر هذا الترابط بين الإلكترون الأبعد والنواة لتحويل الذرة إلى أيونات.

الطاقة النووية

تُشتق الطاقة النووية (بالإنجليزية: Nuclear Energy) من النوى الذرية، وهي طاقة هائلة تربط الذرات معًا. تُستخدم هذه الطاقة بعد إطلاقها في توليد الطاقة الكهربائية، مما يتيح استخدامها في تشغيل المنشآت مع الحفاظ على البيئة.

من أمثلة الطاقة النووية:

• الانشطار النووي (Nuclear Fission).
• الاندماج النووي (Nuclear Fusion).
• التحلل الإشعاعي (Nuclear Decay).

يُستخدم عنصر اليورانيوم بشكل رئيسي في محطات المفاعل النووي، حيث تنجم الطاقة من انشطار ذرّات اليورانيوم، مما يؤدي لتفكك ذرّات أخرى ويولد حرارة تُستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية.

الطاقة الصوتية

تعتمد الطاقة الصوتية (بالإنجليزية: Sound Energy) على وجود وسط لنقلها، حيث لا يمكنها الانتقال في الفراغ، بل تحتاج للهواء أو الماء أو المعادن. تنتج الموجات الصوتية عن اهتزاز المواد نتيجة قوة معينة.

تتأثر الطاقة الصوتية بالوسط الناقل، إذ تتمدد أو تتقلص وتختلف تردداتها، مما يؤدي إلى تباين الأصوات. عندما تصل هذه الموجات إلى الأذن، يستطيع الدماغ تفسيرها. ومن أمثلة الأصوات:

• الأصوات الناتجة عن الكلام أو الغناء.
• صوت التصفيق.
• أصوات الآلات الموسيقية.
• صوت الألعاب النارية.
• الصوت الناتج عن مراوح التكييف.

تتعدد أشكال الطاقة في العالم، منها ما يمكننا رؤيته، ومنها ما هو مخفي. يمكن تحويل الطاقة بين الأشكال المختلفة مثل تحول الطاقة الكيميائية في الغذاء إلى طاقة ميكانيكية أو حرارية. تشمل الأشكال الأخرى للطاقة: الطاقة الميكانيكية، الطاقة الكهرومغناطيسية، الطاقة النووية، الطاقة الصوتية، والطاقة الأيونية.