أنواع الطاقة الرئيسية
تتعدد أشكال الطاقة (Energy) وتندرج في الأساس تحت نوعين رئيسيين: طاقة الحركة (المتعلقة بالحركة) وطاقة الوضع (المتعلقة بالاستقرار)، بالإضافة إلى أشكال إخرى مثل الطاقة الحرارية، الطاقة الكيميائية، الطاقة النووية، الطاقة الكهربائية، الطاقة الميكانيكية، وطاقة الجاذبية.
الطاقة الميكانيكية
تعرف الطاقة الميكانيكية (mechanical energy) بأنها الطاقة التي يملكها الجسم نتيجة حركته أو موقعه، مما يعني أنها قد تكون إما طاقة حركية أو طاقة كامنة (وضع). كما تعرف أيضًا على أنها الطاقة المكتسبة من الأجسام الناتجة عن عمل مؤثر من جسم أو كائن يمتلك طاقة.
تعتبر الطاقة الميكانيكية هامة جدًا لوجودها في حياتنا اليومية، حيث تظهر في العديد من الأنشطة مثل سير الشاحنات على الطرق، دق المسامير، ركوب الدراجات، الكتابة على لوحة المفاتيح، وشحذ أقلام الرصاص. وتُنقسم الطاقة الميكانيكية إلى نوعين رئيسيين:
الطاقة الحركية
تعرف الطاقة الحركية (Kinetic energy) على أنها الطاقة التي تعود للأجسام المتحركة، وعندما يتم تطبيق قوة على جسم ما، تتغير حالته من السكون إلى الحركة، مما يعني أنه قد اكتسب طاقة حركية.
يعتمد مقدار الطاقة على كتلة الجسم وسرعته، فعلى سبيل المثال، الشاحنة التي تسير بسرعة معينة تملك طاقة حركية أكبر من سيارة بنفس السرعة بسبب اختلاف الكتلة.
طاقة الوضع
تُعرف طاقة الوضع (potential energy) بأنها الطاقة المخزنة داخل الجسم نتيجة لارتفاعه أو موقعه بالنسبة لأجسام أخرى. مثال على ذلك هو الطاقة المخزنة في وتر القوس أثناء سحبه. تعتمد طاقة الوضع على ثلاثة عوامل رئيسية: موضع الجسم، كتلته، والتسارع الناتج عن الجاذبية.
ويعد البندول مثالًا شائعًا لطاقة الوضع؛ حيث يكون لديه أعلى طاقة ممكنة عندما يكون مرفوعًا أعلى. وبمجرد أن يُترك، تتحول الطاقة من وضعها إلى حركة. أمثلة أخرى تشمل الزنبرك، السهم، والمياه المخزنة في السدود، والتي تُعتبر أيضًا مظاهرًا ملحوظة لطاقة الوضع.
الطاقة الكهربائية
تُعرف الطاقة الكهربائية (electrical power) بأنها نوع من الطاقة التي تنتج عن تدفق الإلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب داخل موصل، وتُعرف هذه الظاهرة بالتيار الكهربائي.
يمكن تقسيم التيار إلى نوعين: تيار ثابت مثل ذلك الناجم عن البطارية، وتيار متناوب مثل المقبس الكهربائي في الحائط. تتواجد عدة أشكال للطاقة الكهربائية بحسب مصدرها، ومنها:
- احتراق الغاز الطبيعي
حيث يُستخدم لتوليد الكهرباء عبر إدارة التوربينات.
- احتراق الفحم
والذي ينتج حرارة تُستخدم لتسخين الماء وتحويله إلى بخار لتوليد الكهرباء.
- احتراق النفط
حيث يُحوَّل إلى بخار يدفع التوربينات لتوليد الكهرباء.
- الانشطار النووي
الذي ينتج عنه حرارة لتدوير التوربينات وتوليد الكهرباء.
- تدفق المياه في السدود
الذي يدير التوربينات لتوليد الكهرباء.
- خلايا الألواح الشمسية
تخزن ضوء الشمس لتسخين الماء المستخدم في إدارة التوربينات.
- طاقة الرياح
تستخدم في دفع التوربينات لإنتاج الكهرباء.
- حرارة باطن الأرض
تستخدم في تسخين الماء لإدارة التوربينات.
- الكهرباء السكونية (Static Electricity)
تتكون بسبب انتقال الشحنات من جسم إلى آخر، مثل تكوين الشحنات الساكنة عند فرك شريط بلاستيكي بقطعة قماش.
الطاقة الكيميائية
تُعرف الطاقة الكيميائية (chemical energy) بأنها الطاقة المخزنة داخل الروابط الكيميائية بين الذرات والجزيئات. هناك العديد من الجزيئات الغنية بالطاقة على سطح الأرض، مثل الأكسجين الذي تُشكله ذرتان معًا.
من أمثلة الطاقة الكيميائية:
- حرق الخشب
وهو تفاعل تحويل الطاقة المحتجزة في الخشب إلى طاقة حرارية وضوئية.
- حرق الطعام
حيث يتم تحرير الطاقة الكيميائية المخزنة في الطعام عند تفكيك الروابط بين ذراتها.
الطاقة الحرارية
تُعرف الطاقة الحرارية (Thermal energy) بأنها الطاقة الناتجة عن حركة الجزيئات والذرات في الجسم، ويمكن أن تنتقل من جسم إلى آخر عبر طرق ثلاث: التوصيل (conduction)، الحمل الحراري (convection)، والإشعاع (Radiation).
تتعدد استخدامات الطاقة الحرارية في الحياة اليومية مثل:
- ذوبان الجليد.
- احتراق الشموع.
- فرك اليدين للتدفئة.
- أشعة الشمس.
- حرارة باطن الأرض.
الطاقة المغناطيسية
تُعرف الطاقة المغناطيسية (Magnetic energy) بأنها الطاقة المخزنة في مجال مغناطيسي، وينشأ هذا المجال عن تأثير مغناطيس على مواد مثل الحديد أو النيكل. تمتلك المغناطيسات قدرة جذب أنواع محددة من المعادن.
تتولد الطاقة المغناطيسية من ثلاثة مصادر رئيسية:
- موصلات التيار الكهربائي
حيث تتولد طاقة مغناطيسية بسبب المجال المحيط بالسلك.
- المغناطيس الدائم
وهو أحد أكثر مصادر الطاقة المغناطيسية شيوعًا، ويستخدم في إبر البوصلة.
- المغناطيس الكهربائي
الذي ينشئ مجالًا مغناطيسيًا ويحمل أسلاكًا حول قوالب من الحديد.
الطاقة النووية
تعرف الطاقة النووية (nuclear energy) بأنها الطاقة الناتجة عن انشطار الذرات أو اتحادها، ويعتبر هذا النوع من الطاقة مرتفع الكميات مقارنة بالتفاعلات الكيميائية. يمكن استخراج هذه الطاقة من العناصر المشعة مثل اليورانيوم والبلوتونيوم.
تُستخدم الطاقة النووية في توليد الكهرباء في العديد من المواقع حول العالم، عن طريق طريقتين أساسيّتين: الانشطار والاندماج النووي، وكل منهما تتطلب أجهزة خاصة تعرف بالمفاعلات النووية.
طاقة الجاذبية
تُعرف طاقة الجاذبية (gravitational energy) بأنها الطاقة المخزنة في جسم نتيجة ارتفاعه عن سطح الأرض، وتعد من أشكال طاقة الوضع. تستخدم هذه الطاقة في توليد الكهرباء من تحريك المياه في السدود، وكذلك تظهر في مشاهد يومية مثل:
- سيارة على تل.
- لعبة اليويو قبل إطلاقها.
- كتاب على طاولة يوشك أن يسقط.
- فاكهة على الشجرة قبل سقوطها.
الطاقة الإشعاعية
تُعرف الطاقة الإشعاعية (Radiant energy) بأنها الطاقة التي تنتقل عبر الإشعاع الكهرومغناطيسي، مثل الضوء، وأشعة جاما، وأشعة الحرارة. تُولد هذه الطاقة من حزم صغيرة تُعرف بالفوتونات، التي تحمل قدراً من الطاقة.
يمكن رؤية بعض الفوتونات في النطاق المرئي كضوء، ومن الأمثلة الأخرى على الطاقة الإشعاعية: أشعة الشمس، والأشعة الناتجة عن المدافئ.
الطاقة الصوتية
تُعرف الطاقة الصوتية (sound energy) بأنها الطاقة التي تنتقل عبر الأوساط المادية على شكل موجات تُسمى الموجات الصوتية. تُنتج هذه الموجات نتيجة تأثير قوة على جزيئات المادة مما يسبب اهتزازها. من الأمثلة عليها:
- الغناء.
- محادثة عبر الهاتف.
- التصفيق.
- العزف على الآلات الموسيقية.
الطاقة الإسموزية
تُعرف الطاقة الإسموزية (osmotic power) بأنها الطاقة الناتجة عن الفرق في تركيز الملح بين مياه البحار ومياه الأنهار، وتُعتبر من أنواع الطاقة المتجددة التي تستخدم لتوليد الكهرباء، وقد ظهرت في بداية السبعينيات. هناك طريقتان رئيسيتان للحصول على هذه الطاقة:
- التحليل الكهربائي العكسي (reverse electrodialysis).
- التناضح المؤخر للضغط (pressure retarded osmosis).
الطاقة الموجية
تُعرف الطاقة الموجية (wave energy) بأنها الطاقة الناتجة عن استخدام أمواج البحار والمحيطات في تشغيل التوربينات لتوليد الكهرباء. يتم ذلك عن طريق وضع منصات للتوربينات فوق سطح الماء.
تأتي أهمية هذا النوع من الطاقة كونها مصدرًا متجددًا، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، حيث يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية، وتتميز الطاقة الموجية بأنها ذات كثافة عالية ويمكن أن تنتقل لمسافات طويلة دون فقدان طاقتها.
