مفهوم الطاقة وأنواعها المختلفة

ما هي الطاقة؟

تعرّف الطاقة (بالإنجليزية: Energy) بأنها إحدى الخصائص الأساسية للمادة، ويمكن تحويلها إلى عدة أشكال، مثل: العمل، والإشعاع، والحرارة. يتجاوز هذا التعريف التعريف التقليدي للطاقة بوصفها القدرة على إنجاز عمل ما، حيث بدأ تطوير مفهوم الطاقة بشكل أوسع خلال الثورة الصناعية في أواخر القرن الثامن عشر. وقد وُجد آنذاك أن الإشعاع والحرارة هما شكلان مهمّان للطاقة بجانب العمل. وتُستخدم الحرارة في عدة تطبيقات، فقد تُستخدم كمصدر للتبريد في فصل الصيف، ولإنشاء دفء في فصل الشتاء. كما يمكننا إدراك الإشعاع كنوع من الطاقة المحيطة بنا.

أنواع الطاقة

توجد الطاقة بعدة أشكال تنقسم إلى فئتين رئيسيتين: الطاقة الحركية والطاقة الكامنة. إليك التفاصيل:

الطاقة الحركية

تعرف الطاقة الحركية (بالإنجليزية: Kinetic Energy) بأنها الطاقة الناتجة من حركة الأجسام. تمتلك الأجسام المتحركة القدرة على القيام بعمل معين أو إحداث تغيير، في حين أن الأجسام الثابتة لا تمتلك طاقة حركية. على سبيل المثال، عندما نقذف كرة نحو جدار، يمكن أن تؤثر على الجدار، بينما لا تؤثر الكرة الساكنة. فيما يلي بعض أشكال الطاقة الحركية:

الطاقة الإشعاعية: (بالإنجليزية: Radiant)، هي طاقة كهرومغناطيسية تنتقل عبر الموجات المستعرضة، وتشمل الضوء المرئي والأشعة السينية وموجات الراديو وأشعة غاما. يعد ضوء الشمس مثالاً على الطاقة الإشعاعية.
الطاقة الحرارية: (بالإنجليزية: Thermal)، هي ناتجة عن حركة الذرات والجزيئات في المادة، وتزداد كمية الطاقة الحرارية الناتجة مع زيادة سرعة هذه الجسيمات، مثل الطاقة الحرارية الأرضية.
طاقة الحركة: (بالإنجليزية: Motion)، تُخزن في الأجسام المتحركة، إذ تزداد كميتها مع زيادة سرعة الحركة، وتتحرر عند توقف الأجسام أو بطء حركتها، مثل طاقة الرياح.
الصوت: (بالإنجليزية: Sound)، يظهر نتيجة تأثير قوة على مادة معينة مما يؤدي لاهتزازها، وتنتقل هذه الطاقة خلال المواد على شكل موجات طولية. تُعد كمية الطاقة الناتجة عن الصوت قليلة مقارنة بأشكال الطاقة الأخرى.
الطاقة الكهربائية: (بالإنجليزية: Electrical)، تُنقل عبر الأسلاك من خلال حركة الإلكترونات المشحونة، ومثال عليها هو البرق الذي يعتبر طاقة كهربائية طبيعية.

الطاقة الكامنة

تُعَرف الطاقة الكامنة (بالإنجليزية: Potential Energy) بأنها الطاقة الناتجة عن وجود الأجسام في ترتيب معين ضمن نظام ما، حيث يؤثر كل جسم على الآخر بقوة معينة. مثلاً، الكون الذي نعيش فيه يضم مجموعة متنوعة من الأنظمة، بدءًا من الذرات وصولاً إلى الكواكب العملاقة. تُخزن الطاقة الكامنة في الأجسام أو تُحرّر منها وفقًا لتغيير ترتيبها أو نوع القوة المؤثرة عليها. فعندما يتواجد كتاب على الأرض، يمتلك طاقة كامنة بسبب تأثير الجاذبية، بينما لا يمتلك كتاب في الفراغ أي طاقة كامنة لعدم تأثير جسم آخر عليه. ومن أشكال الطاقة الكامنة المتعددة:

الطاقة الكيميائية: (بالإنجليزية: Chemical)، هي الطاقة المخزنة في روابط الجزيئات والذرات، والتي يمكن تحويلها إلى طاقة حرارية، مثل احتراق الخشب. تشمل الأمثلة البطاريات، الفحم، الكتلة الحيوية، والغاز الطبيعي.
الطاقة الميكانيكية: (بالإنجليزية: Mechanical)، هي الطاقة المخزنة في الأجسام نتيجة الضغط والشد، مثل الطاقة الناتجة عن الزنبرك المضغوط أو الأشرطة المطاطية.
الطاقة النووية: (بالإنجليزية: Nuclear)، هي الطاقة المخزنة في نواة الذرة، حيث يؤدى فصل أو دمج مكوناتها إلى إطلاق كميات كبيرة من الإشعاع.
طاقة وضع الجاذبية: (بالإنجليزية: Gravitational)، هي الطاقة المخزنة نتيجة للجاذبية، وتزداد بزيادة الوزن وارتفاع الجسم عن الأرض. الطاقة الكهرومائية تعتبر مثالا على ذلك.

مصادر الطاقة

المصادر المتجددة

تتميز مصادر الطاقة المتجددة (بالإنجليزية: Renewable energy resources) بأنها مستدامة ولا تنفد مع الاستهلاك، إذ يتم تجديدها باستمرار، بالإضافة إلى كونها طاقة نظيفة لا تسبب الكثير من الانبعاثات الملوثة. على الرغم من إيجابيات المصادر المتجددة، يعتمد الكثير على المصادر غير المتجددة بسبب إمكانية تخزينها وانخفاض تكلفتها. من بين مصادر الطاقة المتجددة:

طاقة الرياح: (بالإنجليزية: Wind)، تُستخدم لتوليد الكهرباء عبر التوربينات، والتي يمكن إنشاؤها في المناطق الزراعية أو الحرجية. على الرغم من كونها مصدرًا نظيفًا، يمكن أن تسبب تلوثًا بصريًا وازعاجًا للسكان القريبين.
الطاقة الشمسية: (بالإنجليزية: Solar)، تعتبر أشعة الشمس مصدرًا حيويًا للحياة على الأرض، ويمكن استخدامها لتسخين المياه، أو تدفئة البيوت، أو توليد الكهرباء من خلال الألواح الضوئية أو المحطات الخاصة. يجب أخذ الظروف المناخية والتحديات المتعلقة بتخزينها بعين الاعتبار.
الطاقة الحرارية الأرضية: (بالإنجليزية: Geothermal)، تأتي من الحرارة الموجودة في باطن الأرض، خصوصا في المناطق النشطة تكتونيًا، ويمكن استخدامها في توليد الكهرباء وتدفئة المباني. رغم أنها طاقة نظيفة، قد تسبب انبعاث بعض المركبات المؤدية للأمطار الحمضية.
طاقة الكتلة الحيوية: (بالإنجليزية: Biomass)، تشمل مجموعة متنوعة من المواد مثل الخشب وبقايا الطعام والنفايات، والتي يمكن استخدامها كوقود أو في توليد الكهرباء. من المهم مراعاة التأثيرات البيئية الناتجة عن هذه المواد.
الطاقة الكهرومائية: (بالإنجليزية: Hydropower)، تعتمد على المياه كمصدر للطاقة لتوليد الكهرباء من خلال التوربينات الكهرومائية. تُنتج من تخزين المياه في السدود والخزانات، مما قد يؤثر على النظام البيئي.

المصادر غير المتجددة

تظهر أهمية مصادر الطاقة غير المتجددة (بالإنجليزية: Non-renewable energy resources) بشكل كبير في تلبية احتياجاتنا المختلفة عبر تحويلها إلى أشكال متنوعة من الطاقة، وقد تشكّلت هذه المصادر بفعل عمليات جيولوجية عبر العصور الزمنية. فيما يلي أبرز هذه المصادر:

الفحم: (بالإنجليزية: Coal)، هو أحد أشكال الصخور الرسوبية ويتكون أساسًا من الكربون، ويستخدم في صناعات مختلفة لإنتاج الكهرباء، لكنه يؤدي إلى انبعاث كميات كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكربون.
الغاز الطبيعي: (بالإنجليزية: Natural Gas)، يتألف أساسًا من الميثان ويعد مصدرًا شائعًا نظرًا لأنه أقل تلوثًا مقارنة بالفحم، ولكن يحتاج إلى معالجة قبل الاستخدام للحصول على الميثان النقي.
البترول: (بالإنجليزية: Petroleum)، ينشأ في أعماق الأرض نتيجة عمليات جيولوجية، ويستخدم في العديد من الأغراض من بينها إنتاج الكاز والبنزين والوقود، ويحتوي على مجموعة متنوعة من المركبات الهيدروكربونية.
اليورانيوم: (بالإنجليزية: Uranium)، معدن ثقيل يمكن استخدامه في توليد الكهرباء من خلال تفاعلات الانشطار النووي، وعلى الرغم من عدم إنتاجه غازات دفيئة، إلا أن إمكانية فشل العمليات الانشطارية تشكل تحديًا كبيرًا.

حفظ الطاقة وتحولاتها

ينص قانون حفظ الطاقة على أن الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث، بل تتحول من شكل لآخر. فحفظ الطاقة لا يعني توفيرها فقط، بل يقف على استهلاكها دون اختفائها. ويظل إجمالي الطاقة في الكون ثابتًا على الرغم من التحولات المائية.

تُحصل مصادر الطاقة الأولية (بالإنجليزية: Primary) من الطبيعة، ويمكن استخدامها مباشرة أو عبر تحويلها إلى شكل آخر. أما مصادر الطاقة الثانوية (بالإنجليزية: Secondary Energy) فتنشأ من تحويل المصادر الأولية في المصانع والمحطات لتستخدم لاحقًا في أغراض معينة، مثل تحويل النفط والغاز والطاقة الميكانيكية إلى كهرباء.

أهمية الطاقة

تعدّ الطاقة عنصرًا أساسيًا في الحياة اليومية، وفيما يلي دورها في القطاعات الاقتصادية المختلفة:

القطاع الصناعي: يشمل استخدام الطاقة في الإنشاءات، التعدين، الصناعة، زراعة الغابات، والصيد.
قطاع الكهرباء: يستخدم الطاقة لتوليد الكهرباء عبر المحطات والمنشآت، وتُستخدم الكهرباء لأغراض متعددة في القطاع.
قطاع النقل: تضم وسائل النقل المختلفة مثل السيارات والطائرات والحافلات، حيث تستخدم الوقود مثل البنزين والديزل.
القطاع السكني والتجاري: يشمل المباني، والمكاتب، والمستشفيات، والمدارس، حيث تستخدم الطاقة لأغراض مثل الإضاءة، وتشغيل الأجهزة، والتدفئة.

فيديو: تحويل النفايات إلى نفط

بالطبع، قد سمعت عن الطاقة المتجددة، ولكن بعض مصادرها قد تكون غير متوقعة تماماً: