بحث عن الطاقة ومصادرها

الطاقة

تُعرف الطاقة بأنها القدرة على القيام بالعمل، وتتعدد أشكالها حيث إنها تُصنف وفقاً لطبيعتها إلى، طاقة حركية، وطاقة حرارية، وطاقة كهربائية، وطاقة نووية، وطاقة كيميائية. وتوجد الطاقة في جميع الأجسام حتى وإن كانت هذه الأجسام ساكنة لا تتحرك، بمعنى أن الطاقة تكون كامنة في الجسم بسبب طبيعة تكوينه، وأينما وُجد العمل فلا بد من وجود طاقة منقولة وحرارة متولّدة عن عملية نقل الطاقة، حيث إنه في أي عمل تنقل الطاقة من شكل إلى آخر، ولتوضيح ذلك يمكن القول إنه بعد إنجاز عمل ما قد تظهر الطاقة على هيئة ميكانيكية أو حركية في حين أن الحرارة المتولدة من إنجاز العمل تكون طاقة حرارية. فالقوس مثلاً في وضعه الطبيعي في حالة سكون والطاقة التي يمتلكها تكون كامنة، لكن لديه القدرة على إنتاج طاقة في حال شدّه ثم تركه، فتتحول الطاقة الكامنة داخله إلى طاقة حركية، وقد تتولد طاقة حرارية على هيئة حرارة من حركته. والطاقة النووية هي طاقة كامنة أيضاً، ويعود ذلك إلى أنها تنتج من تكوين الجسيمات الذرية الموجودة في النواة، والطاقة لا تفنى وإنما تتحول من شكل لآخر فهي محفوظة، فعندما ينزلق صندوق من مرتفع ما، فإن الطاقة الكامنة فيه تتحول إلى طاقة حركية، وعندما يتباطأ بفعل قوة الاحتكاك ويتوقف فإن الطاقة الحركية تتحول إلى طاقة حرارية تُسخّن الصندوق والمنحدر بفعل الاحتكاك الذي حدث.

إقرأ أيضا:مجالات استعمال الماء

مصادر الطاقة

للطاقة مصادر متجددة وأخرى غير متجددة، وفيما يأتي نبذة عن كل منها:

الطاقة المتجددة

وتُعرَف الطاقة المتجددة أيضاً بالطاقة البديلة، أما عن سبب تسميتها بالطاقة المتجددة فهو لأن مصادرها دائمة لا تنضُب، مثل الشمس، والرياح، حيث تمدُّ الشمس الأرض بالطاقة الشمسية، ويمكن توليد طاقة تُعرف باسم طاقة الرياح من خلال الرياح، كما ينتج عن المد والجزر طاقة تُعرف باسم طاقة المد والجزر، وهناك العديد من مصادر الطاقة المتجددة كالأنهار التي تولّد الطاقة الكهرومائية من خلالها، والينابيع الساخنة التي تتولد منها الطاقة الحرارية الأرضية، بالإضافة إلى الكتلة الحيوية التي تمد بالوقود الأحفوري، ولتوضيح المقصود بالكتلة الحيوية يمكن القول إنها وزن أو كمية الكائنات الحية التي تنتمي إلى نوع واحد من الحيوانات، أو كمية النباتات التي تنتمي إلى نوع واحد من النباتات أو إلى المجتمع الحيوي بأكمله، حيث ينتج عن هذه الكتلة الحيوية كمية محددة من المواد العضوية التي تحتوي على الكربون خلال فترة زمنية محددة، وتُقاس بوحدة من وحدات الطاقة مثل الكيلو جول لكل متر مربع في السنة.

وقد تم تقدير الاستهلاك العالمي لمصادر الطاقة المتجددة في بداية القرن الواحد والعشرين بنحو 20% تقريباً، وبحلول عام 2015م قُدرت نسبة الطاقة الكهربائية التي وُلّدت من محطات الطاقة الكهرمائية الكبيرة بنسبة 16%، كما تمثّل طاقة الرياح، والطاقة الشمسية، والطاقة الحرارية الأرضية نسبة 6% من إجمالي توليد الكهرباء،^[٢] وتعتبر الطاقة النووية من أنواع الطاقة المتجددة أيضاً، حيث إنها تُستخدم في توليد ما نسبته 10.6% من الكهرباء في العالم وفقاً لتقديرات عام 2015م، وتسعى دول العالم إلى تخفيض نسبة الكربون المُنبعث من استخدام مصادر الطاقة غير المتجددة، وذلك من خلال استخدام الوقود الحيوي وزيادة استخدام مصادر الطاقة المتجددة، وتشتمل الطاقة البديلة أو الطاقة المتجددة على جميع أنواع الطاقة التي لا تَستهلك الوقود الأحفوري، ومن أهم ميزاتها أنها متاحة دائما وغير ضارة بالبيئة، وتقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري.

إقرأ أيضا:بحث حول أهمية الماء

وفيما يأتي بيان لأنواع الطاقة المتجددة:

الطاقة الشمسية: وتعتبر أول نوع من أنواع الطاقة التي استخدمها الإنسان منذ القدم، فهي مصدر الطاقة الأول في العالم، وتُستخدم لتوليد الضوء والحرارة، كما تستخدم الشمس من قِبَل الكائنات الحية على الأرض، فالنباتات تستخدمها لصنع غذائها، كما يستخدمها الإنسان للحصول على الدفء، وباستخدام الخلايا الكهروضوئية تستخرج الطاقة الشمسية، كما تُستخدم الألواح الشمسية للاستفادة من الطاقة الشمسية لأطول فترة ممكنة، ولهذا النوع من الطاقة مميزات عديدة تتفوق على عدد العيوب، حيث يقتصر العيب فيها على عدم القدرة على الاستفادة من الشمس في الليل، أو في المناطق الباردة.
طاقة الرياح: فقد بدأ استخدام الرياح منذ قرون لإنتاج الطاقة، وأول ما استُخدمت فيه هو تشغيل السفن الشراعية، كما استُخدمت في تحريك طواحين الهواء لري المحاصيل، وضخ المياه وإنارة المصابيح الكهربائية، وفي الوقت الحاضر تُستخدم توربينات الهواء لتوليد الطاقة وتوصيلها إلى الشبكات، لكن عيوب هذه الطاقة جعلتها مُقتصرة على أماكن معينة، فلا تُستخدم بالقرب من المناطق السكنية، لما تسببه من ضوضاء، وتستخدم الرياح لتوليد الطاقة في المناطق التي تواجه الرياح الشديدة وليس في أي مكان على الأرض.
الطاقة الحرارية الأرضية: وهي الطاقة التي تستخرج من تحت الأرض، حيث يوجد تحت الأرض صخور منصهرة تسمى الصهارة تُنتج الحرارة منها، وتزيد درجة الحرارة 3 درجات لكل 100م تحت الأرض، وتُستغل هذه الحرارة من خلال الماء الذي يشق طريقه إلى أعماق الأرض، فعندما يلامس الصخر يغلي وينتج منه البخار الذي يُلتقط بواسطة مضخات الحرارة الجوفية، ويستخدم هذا البخار في تحريك التوربينات التي تُنشّط المولدات، وتعد الولايات المتحدة الأمريكية من أكثر الدول المستخدمة لهذا النوع من الطاقة، حيث توجد معظم خزانات المياه الحرارية الأرضية في الولايات الغربية، وفي ألاسكا وهاواي، ومن مزاياها أنها لا تسبب تلوّثاً للبيئة، لكنها لا تناسب جميع المناطق.
الطاقة الكهرومائية: وهي الطاقة التي تنتج من الماء المتحرك، وهناك محطات كهرومائية خاصة تلتقط الطاقة الحركية لنقل الماء، وتعطي الطاقة الميكانيكية للتوربينات، حيث تحوّل هذه التوربينات الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية من خلال المولّدات، وتُبنى العديد من السدود للحصول على هذه الطاقة، حيث تعتبر من أهم مصادر الطاقة البديلة في العالم؛ وذلك لأن لها العديد من المزايا، فهي لا تسبب تلوثاً بيئياً، كما أن مصادرها متوفرة بشكل دائم.

الطاقة غير المتجددة

الطاقة غير المتجددة هي الطاقة التي إذا نفدت فلن تتجدد أبداً، ومصدرها هو الوقود الأحفوري مثل الفحم، والنفط والغاز الطبيعي، ويعتبر الكربون العنصر الرئيس في الوقود الأحفوري، حيث سُميت الفترة الطويلة التي تشكل فيها الوقود الأحفوري بفترة الكربون وتقدر هذه الفترة بنحو 300-360 مليون سنة، وقد تشكل هذا الوقود منذ مئات الملايين من السنين، حيث كانت الأرض مغطاة بأشجار البحر الضحلة الواسعة والمستنقعات، ثم نمت هذه النباتات والطحالب فوق الأراضي الرطبة، واستخدمت أشعت الشمس للقيام بعملية التمثيل الضوئي، وعندما ماتت انجرفت إلى قاع البحر حيث سُحقت هناك، وأدى تراكم الصخور فوقها إلى ارتفاع درجات الحرارة والضغط تحت الأرض، وتحولت هذه النباتات إلى وقود أحفوري، إذ يعتبر أهم مصدر من مصادر الطاقة، حيث يستخرج ويخزّن في الأنابيب ليسهل شحنه إلى أي منطقة في العالم، لكن حرق الوقود المستخرج من الوقود الأحفوري ضار بالبيئة، وذلك لأنه يُطلق جزيئات تُلوّث الهواء، والماء، والأرض.

إقرأ أيضا:كيف يتم صهر الحديد

وهناك أنواع عديدة للوقود الأحفوري وهي:

الفحم: وهو عبارة عن صخرة سوداء أو بنية، تُحرق لتوليد الطاقة، وهناك العديد من أنواع الفحم، حيث يُصنّف اعتماداً على مقدار الكربنة التي مرّ بها، والكربنة هي العملية التي تخضع لها الكائنات القديمة لتتحول إلى فحم، ويُستخرج الفحم من باطن الأرض بطريقتين اعتماداً على العمق الذي يوجد فيه إما عن طريق التعدين تحت الأرض أو التعدين السطحي، ويعتبر الفحم مصدراً للكهرباء، حيث يُعطي الطاقة للمصابيح والثلاجات والغسالات، لكن عملية استخراج الفحم تعتبر عملية خطيرة، حيث يموت العديد من عمال المناجم بسبب تعرُّضهم للغاز الضار والسام الناجم من عملية الاستخراج.
النفط: وهو عبارة عن وقود أحفوري سائل، ويتجمع على شكل آبار، حيث تُحفر الأرض للوصول لهذه الآبار من خلال أجهزة حفر خاصة، وعند استخراجه تبدأ عملية التكرير، ويُحوّل نصف النفط في العالم إلى البنزين، ويعالج المتبقي منه ويستخدم في العديد من المنتجات السائلة والصلبة.
الغاز الطبيعي: وهو وقود أحفوري يوجد في باطن الأرض ومحصور في التكوينات الصخرية، ويتكون في أغلبه من الميثان، ويُستخرج عن طريق استخدام مياه الضغط العالي؛ لتقسيم الصخور التي تحاصر الغاز، كما يُستخدم الحمض لإذابة الصخور إذا كانت غير قابلة للكسر، ويُستخدم الغاز في الطهي والتدفئة، كما ويمكن حرقه لتوليد الكهرباء.