سبلة عمان - طاقه حرارية

--------------------------------------------------------------------------------

ماذا تعرف عن الطاقة ؟

مقدمة

كثير من الناس لا يعرفون المعنى الأصلى للطاقة بل أنهم يعتقدون أن المقصود بالطاقة هى الكهرباء أو البترول .
ويتسائلون مثلا.

ما معنى طاقة الرياح ؟
أو طاقة الماء؟
أو الطاقه النووية ( الذرية )؟
وكيف يتم إستغلال هذه الطاقات لتوليد الكهرباء؟

لكى نجاوب على هذه الأسئلة دون الدخول فى تفاصيل علمية وتحليلية لابد أولا من تعريف الطاقة وصورها.

تعريف الطاقه
الطاقه شئ ضمنى ليس له تعريف صريح _ وإن كان البعض يسمونها
قابلية بذل شغل معين _فهى يستدل عليها بالتجريب والنتائج والحواس؛
و ليست مقصورة على الكهرباء فقط فالكهرباء صورة من صور الطاقة .

صور الطاقة
لقد اكتشف الإنسان الطاقة منذ القرون الأولى ؛ ممثلة فى الشمس ؛ وإعتبرها هى مصدر الطاقة الوحيد؛
لأن طاقة الشمس من الطاقات المتجددة وصورتها هنا صورة حرارية لأنها تمد الأرض بالحرارة التى تتحول إلى ضوء بالسفر لملاين الأميال
اذا الحرارة صورة من صور الطاقة؛ والضوء أيضا صورة أخرى
وعن طريق الإشعاع تحولت الطاقة الحرارية إلى طاقة ضوئية
وهذا تطبيق بسيط على قانون بقاء الطاقة
الذى ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكنها تتحول من صورة إلى صورة أخرى.
ولكى تتحول الطاقة من صورة إلى اخرى ؛ لابد من وسيط تحويل
فمثلا استغل الإنسان النار قديما فى الإنارة
وهذه صورة من صور تحويل الطاقة الحرارية إلى ضوئية
والوسيط هنا هو أعواد الحطب التى كان يشعلها !
ثم اكتشف الإنسان أن للماء طاقة ولكنها طاقه حركية عندما تندفع من الأعلى إلى الأسفل فإنها تحدث حركة قوية؛ وهذه صورة أخرى من صور الطاقة.
أيضا طاقة الرياح تعتبر طاقة حركية ؛ فالمقصود هنا هو طاقة حركة الرياح التى يمكن إستخدامها وتحوليها الى صور أخرى.
وبالتقدم والأبحاث أُتكشفت العديد من الطاقات
كالطاقة الكيميائية ؛ الكهربية ؛ النووية ؛ الهيدورجينية

ملحوظة هامة
( هناك طاقة هامة جدا فى الكون وهى ما تسمى بطاقة الوضع وهى تلخص فى موضع الأشياء بالنسبة لسطح الأرض نظرا لقانون الجذب المعروف ودون الدخول فى تفاصيل علمية ربما لا تفيد العامة
يمكننا شرح تاثير هذه الطاقة بمثال بسيط وتجربة حية نفعلها جميعا .

لو أنك مثلا أردت أن تكسر فرعا قويا من فروع الأشجار وليس معك أى أداة تكسره بها ؛ فإنك ببساطة تسنده مائلا على حائط وتضغط عليه بقدمك
أو ربما تقف علية فإن لم ينكسر فإنك بالفطرة تقفز فى الهواء وتهبط علية فجأة فينكسر ؛ دون أن تسأل نفسك لماذا إنكسر بهذه الطريقة ولم ينكسر عند وقوفك علية رغم أن وزنك هو نفس الوزن فى الحالتين ولم يتغير؟ !
نقول لك أن هذا هو تأثير طاقة الوضع لأنك إرتفعت عن سطح الأرض ثم هبطت تحت تأثير كتلتك وعجلة الجاذبية الأرضية ولو زادت مسافة قفزك لأعلى لكانت الطاقة الناتجة أكبر فكلما كان الجسم على مسافة أعلى بالنسبة لسطح الأرض كلما كانت طاقة وضعة ذات قيمة أكبر وعند الهبوط تتحول إلى طاقة حركة ؛ وهذا تلخيص بسيط لطاقة الوضع .

...
أهمية الطاقة

إن لأهمية الطاقة فى حياة الإنسان تجعل العلماء والباحثين لا يكلون عن البحث والتنقيب عن طاقات جديدة لأن الطاقة هى مصدر حياة الإنسان
ولفهم الموضوع أكثر لابد من معرفة طرق تحويل الطاقات بأمثلة عملية من صورة إلى أخرى.

طرق تحويل الطاقة

لقد حصرنا معظم صور الطاقة فى أنها

_ طاقة حرارية
_ طاقة ضوئيه
_ طاقة حركية
_ طاقة كيميائية
_ طاقة كهربية
_ طاقه نووية
_طاقه هيدروجينية

إكتشف الباحثون بالتجارب العلمية والمعملية لفترات طويلة وأحقاب زمنية متعددة ؛ أنه يمكن تحويل كل صور الطاقة إلى صور أخرى
فمثلا يمكن تحويل الحرارة إلى حركة والعكس صحيح
ويمكن تحويل الضوء إلى كهرباء والعكس صحيح وهكذا
أى صورة من صور الطاقة يمكن تحويلها لأى صورة أخرى_ ( إلا صورة معينة سنذكرها فيما بعد ) _ ولكن بفواقد فى الطاقة.
فمن القانون الثانى للديناميكا الحرارية الذى ينص على أنه لا يمكن لأى نظام مهما بلغت كفائته أن يحول جميع الطاقة إلى شغل.

وكلمة الشغل هنا المقصود بها كمية الطاقة الجديده التى يستفاد بها فى إنجاز شغل ما .

ولأمثله مبسطة على تحويل الطاقة من صورة إلى صورة
مثال بسيط على تحويل الطاقة الحركية إلى حرارية

أنت مثلا عندما تكون بردان فى أيام الشتاء؛ فإنك بعفوية تضم يديك وتحكهما ببعضهما فتشعر بدفئ فى يديك
هذه صورة بسيطه من صور تحويل الطاقة فلقد تحولت الطاقه الحركية من احتكاك الكفين ببعضها
إلى صورة جديدة وهى صورة الحرارة

ولكن إذا أردت أن تفعل العكس أى تحول الحرارة إلى حركة ؟
فى هذه الحالة لابد من وجود منظومة هندسية تفعل لك هذا
وهذا ما حدث و فعله جيمس واط فى منتصف القرن الثامن عشر عندما صمم أول منظومة تحول الطاقه الحرارية إلى طاقة حركية وهى ما تسمى بالآلة البخارية والتى كانت السبب الرئيسى فى قيام الثورة الصناعية الأولى.

شرح بسيط للآله البخارية

عند تسخين الماء بالحرارة يتحول الماء من صورته السائلة الى الصورة الغازية ويصعد على صورة بخار
وعند حبس هذا البخار فإنه يزداد ضغطه وعند فك إختناقه فإن طاقة الضغط هذه تتحول إلى طاقه حركية يتندفع البخار نتيجه هذه الطاقة بسرعة كبيرة فيدفع أى شئ أامامه وبميكانيزم بسيط يمكن أن نحول هذه الحركة الخطيه إلى حركة دائرية كما فى محركات الإحتراق الداخلى والمحركات البخارية
هذه هى النظرية الأساسية دون الدخول فى التصميمات الخاصه للتحويل
ومن هنا إستطاع الإنسان تحويل طاقة الحرارة إلى حركة عن طريق تصميم وسيط يتحايل على هذه الصور ويحولها إلى صور أخرى
ولهذا أُطلق على هذا العلم علم الحيل ( الميكانيكا) .وهو العلم الذى يقوم بدور الوسيط فى التحايل على صور الطاقات وتحويلها إلى صور أخرى

الطاقه الكهربية

الطاقه الكهربية كما قولنا هى إحدى صور الطاقات التى اكتشفها الإنسان
فلقد اكتشف العالم (فراداى) أنه عند دوران جسم معدنى داخل مجال مغناطيسى فانه يتولد داخل هذا الجسم طاقة جديدة وبالبحث وضع العلماء إفتراضات لهذه الطاقة الجديدة واتفقوا على أنها تحرر الإليكترونات الموجوده فى المدار الذرى الأخير لذرات هذا الموصل الكهربى
ومن هنا نعرف أنه لتوليد الطاقة الكهربية لابد من حركة دوارة كما نص قانون فراداى
أى أنه تحويل أخر لصورة من صور الطاقة ( الطاقه الحركية ) إلى طاقة كهربية
ومما سبق نستنتج أنه يمكن تحويل الطاقة إلى أكثر من صوره للوصول إلى الصوره التى نريديها
فيمكن تحويل الطاقه الكميائية إلى حراراه ثم إلى حركة ثم الحركة الى كهرباء ثم نعود بعد ذلك لتحويل الكهرباء الى حركه لادارة المحركات الكهربية مثلا أو نحول الكهرباء إلى طاقة ضوئية كما يحدث فى مصابيح الإضاءة
أو إلى طاقة حرارية كما يحدث فى السخانات والدفايات الموجودة بالمنازل لهذا أصبحت الطاقة الكهربية هى صورة الطاقة الخام التى يتم نقلها عبر خطوط لتكون مادة خام يمكن تحويلها لأى صورة من صور الطاقه النافعة
واحتلت الكهرباء الرقم الأول فى صور الطاقة المهجنه لأهميتها الكبرى فى حياتنا
وبقيت الطاقات الأخرى وسائل لتخليقها بجانب ما تؤدية فى مجالات أخرى من الصعب أن نؤديها بالطاقة الكهربية نظرا لإرتفاع سعرها

سبب إرتفاع أسعار الكهرباء

نظرا للفقد العالى الذى يحدث فى الطاقه إلى أن نصل إلى الكهرباء فكل مرحلة من مراحل التحويل يحدث بها فقد وهذا هو السبب الرئيسى فى إرتفاع سعر الطاقة الكهربية وتجنبها فى الأعمال التى تحتاج إلى قدرات كبيرة وهائلة
كإدارة محركات السفن أو الطائرات أو خطوط الإنتاج العملاقة

ولذلك نسخدم أنواع أخرى أو صور أخرى من صور الطاقة فى هذه المنظومات الجبارة
ومن افضل هذه الصور صورة الطاقة الكيميائية الكامنة فى البترول والغاز الطبيعى
فالبترول يحتوى على مركبات كيميائية عضوية سريعة الإشتعال ( مثل الكربون والهيدروجين ) يمكن تحويل مكوناته الى طاقه حرارية ومنها إلى حركة تستخدم مباشرتا فى إدارة المحركات الكبيره كمحركات السيارات والناقلات
العملاقة وكمحركات الطائرات والسفن ومصانع الإنتاج الضخمة
فأصبح للبترول أهمية كبيرة لأنه يتعبر الطاقة الكامنة ؛ فإن كانت الكهرباء هى صورة من صور الطاقة الخام المصنعة والمختزنة فالبترول هو أهم صوره من صور الطاقة الخام الطبيعية التى يمكن تحويلها إلى كل صور الطاقات (ولكن لا يمكن تحويل أى طاقه إلى صورتة
فمثلا لا يمكن إنتاج البترول بأى صورة من صور الطاقة ولكن يمكن إنتاج أى طاقه بطاقة البترول الكميائية وهذه هى الصورة الوحيدة التى لا يمكن الرجوع إليها ولهذا اطلق على البترول بأنة مادة نافدة .

الطاقة النووية

كثير من الناس يشغلون أنفسهم ويتسائلون عن ماهية الطاقة النووية وماهى وكيف تستخرج وتستخدم؟
ببساطة ودون تفاصيل علمية
فقد اكتشف أحد العلماء من زمن ليس ببعيد (عنصر اليورانيوم) ووجد أنه أثقل عنصر موجود بالكون من حيث وزنة النوعى
أى أنك عندما تقارن واحد سم مكعب من أى عنصر بنفس الحجم من عنصر اليورانيوم فإن هذا الحجم من اليورانيوم يكون أثقل وزنا من أى حجم لأى عنصر أخر ؛ وسجل هذا الإكتشاف الجديد وقتها .
وبعد سنوات عديدة وبالبحث اكتشف العلماء أن هذا العنصر مشع بطبيعته وليس ككل العناصر ولكنه يشع طاقته الداخلية عندما يصبح فى كتلتة الحرجة
أى تحت تأثير ضغوط كبيره معينه ونظم علمية تنشطر ذرات هذا العنصر مخرجه كمية هائلة من الطاقة الحرارية الكامنة بداخلها
فكما نعرف أن الذرات عبارة عن شحنات طاقة مختزنة
فعندما يتنشطر ذرات هذا العنصر تتحرر هذه الشحنات وتطلق حرارة جبارة
ولك أن تتصور أن الحرارة الخارجة من إنشطار واحد جرام من اليورانيوم ومشتقاته
تخرج طاقة حراريه تضاهى الطاقة الحرارية الخارجة من إحتراق 13 برميل بترول خام !
أو 2.9 طن فحم حجرى أى 2900 كجرام من الفحم الحجرى
ولذلك هى أوفر أنواع الطاقة على الإطلاق ولهذه الطاقة الجبارة أهمية كبيرة و بمنظومات معينة يمكن تحويل هذة الطاقة الحرارية إلى كل صور الطاقات الأخرى ومنها الكهرباء ولكنها لا تستخدم كثيرا نظرا لخطورتها المعروفة على حياة الإنسان والبيئة .

الطاقة الهيدروجينية

أما بالنسبه للطاقه الهيدروجينية فهى الشغل الشاغل للعالم الأن
وهى طاقة المستقبل فتوصل العلماء لتصميم أحد المنظومات التى تحول الماء إلى أصله( هيدورجين وأكسجين)
عن طريق منظومه بسيطه تولد موجات ذات ترددات معينة
وبإحتراق الهيدروجين نحصل على طاقة حرارية يمكن تحويلها لأى صوره كما علمنا فقريبا سنرى سيارة تسير بالماء أى أنك ستمول سيارتك بالماء بدلا من الجزوالين ( البنين )
ولكن سيكون لهذا الإكتشاف خطورته على حياة الانسان لأنه سيدخل الماء فى دائرة الصناعات مما يؤدى إلى النزاع علية ودخوله فى عالم التجارة والاقتصاد