أنواع مصادر الطاقة المختلفة

ما هي الأنواع الرئيسية للطاقة؟

تتواجد أنماط مختلفة للطاقة (Energy) بشكل عام، والتي تُجمع تحت نوعين رئيسيين: الطاقة الحركية (طاقة الأجسام المتحركة) وطاقة الوضع (طاقة الأجسام الساكنة). بما في ذلك الطاقة الحرارية، الطاقة الكيميائية، الطاقة النووية، الطاقة الكهربائية، والطاقة الميكانيكية، بالإضافة إلى طاقة الجاذبية.

الطاقة الميكانيكية

تُعرف الطاقة الميكانيكية بـِ (mechanical energy)، وهي الطاقة التي يكتسبها الجسم نتيجة لحركته أو موقعه. يمكن أن تتواجد الطاقة الميكانيكية على شكل طاقة حركية أو طاقة كامنة (وضع). تعرف أيضًا بأنها الطاقة التي تكتسبها الأجسام نتيجة لمجهود من كائن آخر يمتلك طاقة.

تكتسب الطاقة الميكانيكية أهمية كبيرة كونها متواجدة في معظم جوانب الحياة اليومية؛ فالحركة في الشاحنات، دق المسامير، ركوب الدراجات، الكتابة على لوحة المفاتيح، وشحذ أقلام الرصاص، كلها أمثلة على الطاقة الميكانيكية التي يمكن تصنيفها إلى نوعين:

الطاقة الحركية

تُسمى (Kinetic energy)، وهي تعبير عن الطاقة التي تمتلكها الأجسام أثناء حركتها. عند تطبيق قوة على الجسم، ينتقل من حالة السكون إلى الحركة وبذلك يُعتبر أن الجسم قد اكتسب طاقة حركية.

يعتمد مقدار الطاقة الحركية على كتلة الجسم وسرعته؛ فعلى سبيل المثال، فإن الشاحنة التي تسير بسرعة معينة تمتلك طاقة حركية أكبر من سيارة تسير بنفس السرعة بسبب الفرق في الكتلة بينهما.

طاقة الوضع

تعرف أيضًا بـِ (potential energy)، وهي الطاقة المخزنة داخل الجسم نتيجة لموقعه أو ضغطه بالنسبة لأجسام أخرى، مثل تلك التي يتم تخزينها في وتر قوس عند سحبه. تعتمد طاقة الوضع على ثلاثة عوامل رئيسية: موضع الجسم، كتلته، والدوران الناتج عن الجاذبية الأرضية.

يعتبر البندول مثالًا شائعًا لطاقة الوضع؛ حيث يكون لديه أقصى طاقة حين يُمسك من أعلى، وعند تركه، يتحول إلى طاقة حركية. وتُعتبر الزنبركات، السهام، والماء المخزن في السدود أمثلة أخرى لطاقة الوضع التي يمكن مشاهدتها في حياتنا اليومية.

الطاقة الكهربائية

تُعرف بـِ (electrical power)، وهي نوع من الطاقة الناتجة عن تدفق الإلكترونات بين طرفين مختلفين الشحنة داخل موصل، ويشار إلى هذا أيضاً بالتيار الكهربائي.

التيار الكهربائي ينقسم إلى نوعين: تيار ثابت مثل الذي يُولد من البطاريات، وتيار متناوب مثل المقبس الكهربائي الموجود في الحائط. هناك عدة طرق لتوليد الكهرباء، بما في ذلك:

• حرق الغاز الطبيعي

الذي يستخدم لتوليد الكهرباء عبر إدارة التوربينات.

• حرق الفحم

الذي ينتج حرارة تسخن الماء وتحرك التوربينات لتوليد الكهرباء.

• حرق النفط

الذي يتحول إلى بخار يحرك التوربينات لتوليد الكهرباء.

• الانشطار النووي

الذي ينتج حرارة تدير التوربينات لتوليد الكهرباء.

• تدفق المياه في السدود

الذي يولد الطاقة الكهربائية عبر تدوير التوربينات.

• خلايا الألواح الشمسية

التي تخزن ضوء الشمس لتحويله إلى كهرباء.

• الطاقة المستمدة من الرياح

التي تدفع التوربينات لإنتاج الكهرباء.

• حرارة باطن الأرض

التي تُستخدم لتسخين المياه وتحريك التوربينات لإنتاج الطاقة الكهربائية.

• الكهرباء الساكنة (Static Electricity)

وهي نتيجة انتقال شحنة من جسم لآخر، وتظهر في حياتنا اليومية بشكل متكرر. على سبيل المثال، حك شريط بلاستيك بقماش يؤدي إلى تكوّن شحنات ساكنة عليه، مما يسمح له بجذب قطع صغيرة من الورق عند اقترابه منها.

الطاقة الكيميائية

تُعرف بـِ (chemical energy)، وهي الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية بين الذرات والجزيئات. من بين الجزيئات الغنية بالطاقة التي توجد على سطح الأرض، يمكن اعتبار الأكسجين مثالًا، حيث تؤدي الروابط بين ذرتين إلى تشكيل جزيء.

من أمثلة الطاقة الكيميائية:

• حرق الخشب

وهو تفاعل احتراق يحول الطاقة المخزنة في الخشب إلى طاقة حرارية وضوئية تُستخدم في التدفئة وتوليد الكهرباء.

• عملية هضم الطعام

حيث تتحرر الطاقة الكيميائية المخزنة في الطعام عندما تنكسر الروابط بين الذرات تدريجياً، وتتكون مركبات جديدة نتيجة تفاعلات كيميائية.

الطاقة الحرارية

تُعرف بـِ (Thermal energy)، وهي الطاقة التي يمتلكها الجسم نتيجة حركة جزيئاته وذراته. تنتقل الطاقة الحرارية من جسم لآخر بطرق عدة، منها:

• التوصيل (conduction)

وهو انتقال الحرارة عبر ملامسة مادية بين جسمين مما يؤدي إلى نقل الطاقة نتيجة اصطدام الجزيئات.

• الحمل الحراري (convection)

الذي يشير إلى انتقال الحرارة عن طريق حركة السوائل أو الغازات.

• الإشعاع (Radiation)

وهو انتقال الطاقة على شكل موجات أو جسيمات إلى البيئة المحيطة.

يستخدم الطاقة الحرارية في العديد من التطبيقات اليومية، مثل:

• ذوبان الثلج.
• احتراق الشمع.
• تدفئة اليدين بفركهما.
• أشعة الشمس.
• حرارة باطن الأرض.

الطاقة المغناطيسية

تُسمى (Magnetic energy)، وهي الطاقة المخزنة في مجال مغناطيسي نتيجة للجذب الذي تفرضه مغناطيسات على المعادن مثل الحديد والنيكل أو الكوبالت. يمتلك المغناطيس صفات مشابهة لخصائص الشحنات الكهربائية، بما في ذلك التجاذب والتنافر بين الأقطاب.

تكمن أهمية المجال المغناطيسي في استخدامه لتشغيل المولدات الكهربائية التي تولد الكهرباء باستخدام توربينات الرياح أو الكهرومائية.

تولد الطاقة المغناطيسية من ثلاثة مصادر رئيسية:

• الموصلات الكهربائية

التي تخلق مجالاً مغناطيسياً حول السلك بفعل التيار الكهربائي.

• المغناطيس الدائم

وهو أحد أكثر مصادر الطاقة المغناطيسية شيوعًا ويستخدم في البوصلات.

• المغناطيس الكهربائي

الذي ينشئ مجالاً مغناطيسياً عن طريق سلك ملفوف حول نواة حديدية.

الطاقة النووية

تُعرف بـِ (nuclear energy)، وهي الطاقة الناتجة عن انشطار أو اتحاد الذرات، وتحتوي على كميات هائلة مقارنة بالتفاعلات الكيميائية العادية. وهذه الطاقة لا تأتي من جميع الذرات، بل تقتصر على العناصر المشعة مثل اليورانيوم والبلوتونيوم.

يمكن الحصول على الطاقة النووية عن طريق طريقتين: الانشطار النووي والاندماج النووي، ويتم ذلك عبر مفاعلات نووية مصممة خصيصًا لهذا الغرض، وتُستخدم هذه الطاقة لتوليد الكهرباء في العديد من الدول حول العالم.

طاقة الجاذبية

تُعرَف بـِ (gravitational energy)، وهي الطاقة المخزنة في جسمٍ معين نتيجة ارتفاعه عن سطح الأرض، وتعتبر شكلًا من أشكال طاقة الوضع.

تُستخدم طاقة الجاذبية في توليد الكهرباء، إذ توجد في المياه خلف السدود، التي تُستخدم لإدارة التوربينات وتوليد الكهرباء، بالإضافة إلى أنها تظهر في الكثير من المشاهد اليومية مثل:

• سيارة متوقفة على تلة.
• لعبة اليويو قبل إطلاقها.
• كتاب على طاولة يوشك على السقوط.
• الفاكهة على الشجرة قبل أن تسقط.

الطاقة الإشعاعية

تُعرف بـِ (Radiant energy)، وهي الطاقة التي تنتقل عبر الإشعاع الكهرومغناطيسي، مثل الضوء، وأشعة غاما، والإشعاع الحراري، والأشعة السينية.

تتكون هذه الطاقة من حزم صغيرة من الطاقة تُعرف بالفوتونات، ولا يمكن للإنسان رؤية كل الطاقة المشعة، بل يرى بعض الفوتونات التي تتواجد ضمن نطاق الضوء المرئي فقط. ومن الأمثلة على الطاقة الإشعاعية أشعة الشمس والأشعة المنبعثة من المدفئات.

الطاقة الصوتية

تُعرف بـِ (sound energy)، وهي الطاقة التي تنتقل عبر الوسط المادي في شكل موجات تسمى الموجات الصوتية، وتنتج هذه الموجات نتيجة تأثير قوة على جزيئات المادة مما يؤدي إلى اهتزازها. تشمل أمثلة الطاقة الصوتية:

• الغناء.
• الحديث عبر الهاتف.
• التصفيق.
• العزف على الآلات الموسيقية.

الطاقة الإسموزية

تُعرف بـِ (osmotic power)، وهي الطاقة الناتجة عن الفروق في تركيز الملح بين مياه الأنهار ومياه البحر. تُعتبر من مصادر الطاقة المتجددة التي تُستخدم لتوليد الكهرباء وقد ظهرت في أوائل السبعينيات. يمكن الحصول على هذه الطاقة عبر طريقتين:

• التحليل الكهربائي العكسي (reverse electrodialysis).
• التناضح المؤخر للضغط (pressure retarded osmosis).

الطاقة الموجية

تُعرف بـِ (wave energy)، وهي الطاقة الناتجة عن أمواج البحار والمحيطات التي تُستخدم لتحريك التوربينات وتوليد الكهرباء. يتم الحصول عليها من خلال تركيب منصات التوربينات على سطح المحيط.

تكمن أهمية هذه الطاقة في كونها إحدى مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، ويمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية. بالإضافة إلى ذلك، تملك الطاقة الموجية كثافة عالية مقارنة بأنواع الطاقة المتجددة الأخرى، ويمكن أن تنتقل لمئات الكيلومترات دون أن تفقد الطاقة المخزنة داخلها.