ما المفهوم بكلمة الطاقة 2012/12/2

هيام العالم - الأولى ثانوي

يمكن للطاقة الكامنة أن تتحول إلى طاقة حركية¡ كما يمكن للطاقة الحركية أن تتحول إلى طاقة كامنة. فكُرة النواس التي تهتز جيئة وذهاباً تمتلك في أعلى وضع تبلغه طاقة كامنة صرفة¡ وتكون طاقتها في أدنى وضع لها طاقة حركية صرفة¡ وفيما عدا ذلك يكون لها طاقتان حركية وكامنة¡ ويكون مجموع طاقتيها ثابتاً بافتراض انعدام الاحتكاك¡ وهو ما تتصف به أي جملة ميكانيكية معزولة¡ ونعبر عن ذلك بمبدأ انحفاظ الطاقة conservation of energy. أما في الحالة العامة فإنه يرافق حركة الجسم في الهواء احتكاك يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الجملة الميكانيكية¡ ولوصف تفاعل هذه الجملة مع الوسط الذي تتحرك فيه يمكن الحديث عن طاقة داخلية للجملة internal energy.

تمثل الطاقة الداخلية لجملة مجموع الطاقات الحركية لكافة جزيئاتها¡ والطاقات الكامنة العائدة للقوى الفاعلة فيما بينها. يتعذر في الحالة العامة حساب القيمة المطلقة لهذه الطاقة¡ إلا أن من السهل تحديد مقدار تغيرها. ففي جملة تتبادل العمل والطاقة الحرارية مع الوسط الخارجي¡ يكون تغير الطاقة الداخلية لها (Δu) مساوياً مجموع كمية الحرارة المقدمة للجملة Q مضافاً إليها العمل (-w) الذي يُبذل عليها¡ أو مطروحاً منها العمل الذي تقدمه الجملة للوسط الخارجي ويعبر عن ذلك بالعلاقة:
يُشار هنا إلى أن كمية الحرارة Q تقاس عادة بالحريرة calorie¡ والحريرة تعادل 4.18جولاً.

تمثل الطاقة الحرارية لجسم الطاقة الحركية الإجمالية الناشئة عن حركة جزيئاته. وبالإمكان تحويل الطاقة الميكانيكية لجملة ما بأكملها إلى طاقة حرارية¡ أما التحول المعاكس فيخضع إلى المبدأ الثاني في التحريك الحراري أو الترموديناميك[ر]¡ والذي ينص على أن مجموع الطاقتين الحرارية والميكانيكية في جملة معزولة يبقى ثابتاً.

ثمة طاقات من أنواع أخرى¡ كالطاقة الكيميائية chemical energy¡ والطاقة النووية[ر] nuclear energy¡ وطاقة الكهرباء الساكنة electrostatic energy¡ والطاقة المغنطيسية magnetic energy¡ والطاقة الكهرمغنطيسية electromagnetic energy¡ كالطاقة الضوئية التي تنتشر في الفضاء بسرعة الضوء.

كما يمكن الحديث عن أنواع أخرى من الطاقةº كالطاقة الشمسية solar energy وطاقة الرياح wind energy والطاقة الكهرمائية hydroelectric energy المتولدة من المياه المحتجزة وراء السدود¡ ويبين الشكل (1) أنواعاً مختلفة منها.

وأخيراً فقد بين أينشتاين عام 1905 في نظريته النسبية تكافؤ الكتلة والطاقة¡ إذ تعطى طاقة جسم يتحرك بسرعة v بحسب هذه النظرية بالعلاقة E = mc2. حيث ترتبط m بكتلة الجسم وهو ساكن m0 بالعلاقة:

فللجسم الساكن بحسب هذه النظرية طاقة سكونية مقدارها m0 c2. ولقد جرى التحقق من مبدأ تكافؤ الكتلة والطاقة في الفيزياء النووية. فاندماج fusion نواتين خفيفتين لتوليد نواة واحدة أثقل يرافقه نقص في الكتلة الإجمالية وتحرير طاقة هائلة بحسب طاقات الارتباط binding energies¡ العائدة للجسيمات المكونة لهذه النوى.