طاقة
الطاقة هي المقدرة على القيام بشغل (أى إحداث تغيير)، وهناك صور عديدة للطاقة، منها الحرارة والضوء (طاقة كهرومغناطيسية)، والطاقة الكهربائية.
ضمن الاستخدام الاجتماعي : تطلق كلمة "طاقة" على كل ما يندرج ضمن مصادر الطاقة، إنتاج الطاقة، واستهلاكها وأيضا حفظ موارد الطاقة. بما ان جميع الفعاليات الاقتصادية تتطلب مصدرا من مصادر الطاقة، فإن توافرها وأسعارها هي ضمن الاهتمامات الأساسية والمفتاحية. في السنوات الأخيرة برز استهلاك الطاقة كأحد أهم العوامل المسببة للاحترار العالمي global warming مما جعلها تتحول إلى قضية أساسية في جميع دول العالم.
ضمن سياق العلوم الطبيعية، الطاقة يمكن ان تاخذ أشكالا متنوعة : طاقة حرارية، كيميائية، كهربائية، إشعاعية، نووية، طاقة كهرومغناطيسية، وطاقة حركة. هذه الأنواع من الطاقة يمكن تصنيفها بكونها طاقة حركية أو طاقة كامنة ، في حين أن بعضها يمكن أن يكون مزيجا من الطاقتين الكامنة والحركية.
جميع أنواع الطاقة يمكن تحويلها Transformation من شكل لآخر بمساعدة أدوات بسيطة أو تقنيات معقدة : من الطاقة الكيميائية إلى الكهربائية عن طريق الأداة الشائعة البطاريات أو المركمات، ضمن سياق نظرية النسبية بدمج مجالي المادة والطاقة معا بحيث أصبح من الممكن ان تتحول الطاقة إلى مادة وبالعكس تحول المادة إلى طاقة : هذا الكشف الجديد عبر عنه أينشتاين بمعادلته الشهيرة E=mc2. هذا التحول ترجم عمليا عن طريق الحصول على الطاقة بعمليات الانشطار النووي والاندماج النووي.
مصطلحات الطاقة وتحولاتها مفيدة جدا في شرح العمليات الطبيعية. فحتى الظواهر الطقسية مثل الريح، والمطر والبرق والأعاصير tornado تعتبر نتيجة لتحولات الطاقة التي تأتي من الشمس على الأرض. الحياة نفسها تعتبر أحد نتائج تحولات الطاقة : فعن طريق التمثيل الضوئي يتم تحويل طاقة الشمس إلى طاقة كيميائية في النباتات ، يتم لاحقا الاستفادة من هذه الطاقة الكيميائية المختزنة في عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية والإنسان. ومن النبات ينتج الخشب وهو مصدر آخر للطاقة يرجع أصلها إلى الشمس.
مصادر الطاقة الطبيعية
طاقة البترول
البترول عبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في الطبقة العليا من القشرة الأرضية. وأحيانا يسمى نافثا، من اللغة الفارسية ("نافت" أو "نافاتا" والتي تعني قابليته للسريان). وهو يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات، وخاصة من سلسلة ألكان، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية (حسب إحصائيات الطاقة في العالم). البترول هو المادة الخام لعديد من المنتجات الكيميائية، اللدائن.
طاقة الوقود
الوقود له أنواع مختلفة من أهمها الوقود الأحفوري وهو الذي يشمل كل من النفط والفحم والغاز، والذي أستخدم بإسراف منذ القرن الماضي ولا يزال يستخدم بنفس الإسراف مع ارتفاع أسعاره يوما بعد يوم، مع أضراره الشديدة للبيئة. ومثله وقود السجيل وهو مثل النفط يكون مخلوط مع الرمال.
من أنواع الوقود الأخرى هو الوقود الخشبي والذي يغطي استخدامه حوالي 6% من الطاقة الأولية العالمية، وهناك الوقود المستخرج من النفايات الحيوانية أو المياه الثقيلة للمجاري، حيث بالمستطاع استخدام هذه النفايات في توليد الطاقة بالاعتماد عليها بعد عمليات التخمير، وتستخدم في العديد من دول العالم معالجة المياه الثقيلة للاستفادة من الغازات المنبعثة لأغراض توفير الطاقة.
من الطرق الحديثة والنظيفة في توفير الوقود النظيف يمكن أن يكون من نباتات الأشجار سريعة النمو، أو بعض الحبوب أو الزيوت النباتية أو المخلفات الزراعية أو بقايا قصب سكر، أمكن تحويل بعض منتجات السكر إلى كحول لاستخدامه كوقود للسيارات وكذلك زيت النخيل. يتميز هذا النوع من الوقود بأنه يقلل من التلوث، حيث لا حاجة هناك لاستعمال الرصاص في مثل هذا النوع من الوقود لرفع أوكتان الوقود كما هو الحال في البنزين المستحصل عليه من النفط الأحفوري، ومن ثم فإنه بنزين خال من الرصاص.
هناك الوقود النووي وتحطه الكثير من المشاكل والقوانين الضابطة والتي قد لا تخلو من ازدواجية في المعايير وإجحاف بالسماح لاستخدامها على البعض، إضافة لخطورة استخدامها وتأثيرها السيئ على البيئة.
طاقة شمسية
الطاقة الشمسية هي الطاقة الأم فوق كوكبنا، حيث تنبعث من أشعتها كل الطاقات المذكورة سابقاً لأنها تسير كل ماكينات وآلية الأرض بتسخين الجو المحيط واليابسة وتولد الرياح وتصريفها، وتدفع دورة تدوير المياه، وتدفيء المحيطات، وتنمي النباتات وتطعم الحيوانات. ومع الزمن تكون الوقود الإحفوري في باطن الأرض. وهذه الطاقة يمكن تحويلها مباشرة أو بطرق غير مباشرة إلى حرارة وبرودة وكهرباء وقوة محركة. تعتبر أشعة الشمس أشعة كهرومغناطيسية، وطيفها المرئي يشكل 49% منها، والغير مرئي منها يسمى بالأشعة الفوق البنفسجية، ويشكل 2%، والأشعة تحت الحمراء 49%.
الطاقة الشمسية تختلف حسب حركتها وبعدها عن الأرض، فتختلف كثافة أشعة الشمس وشدتها فوق خريطة الأرض حسب فصول السنة فوق نصفي الكرة الأرضية وبعدها عن الأرض وميولها ووضعها فوق المواقع الجغرافية طوال النهار أو خلال السنة، وحسب كثافة السحب التي تحجبها، لأنها تقلل أو تتحكم في كمية الأشعة التي تصل لليابسة، عكس السماء الصحوة الخالية من السحب أو الأدخنة. وأشعة الشمس تسقط علي الجدران والنوافذ واليابسة والبنايات والمياه، وتمتص الأشعة وتخزنها في كتلة (مادة) حرارية Thermal mass. هذه الحرارة المخزونة تشع بعد ذلك داخل المباني. تعتبر هذه الكتلة الحرارية نظام تسخين شمسي يقوم بنفس وظيفة البطاريات في نظام كهربائي شمسي (الفولتية الضوئية). فكلاهما يختزن حرارة الشمس لتستعمل فيما بعد.
والمهم معرفة أن الأسطح الغامقة تمتص الحرارة ولا تعكسها كثيراً، لهذا تسخن. عكس الأسطح الفاتحة التي تعكس حرارة الشمس، لهذا لا تسخن. والحرارة تنتقل بثلاث طرق ،إما بالتوصيل conduction من خلال مواد صلبة، أو بالحمل convection من خلال الغازات أو السوائل، أو بالإشعاع radiation. من هنا نجد الحاجة لانتقال الحرارة بصفة عامة لنوعية المادة الحرارية التي ستختزنه،, لتوفير الطاقة وتكاليفها. لهذا توجد عدة مباديء يتبعها المصممون لمشروعات الطاقة الشمسية، من بينها قدرة المواد الحرارية المختارة لتجميع وتخزين الطاقة الشمسية حتى في تصميم المباني واختيار مواد بنائها حسب مناطقها المناخية سواء في المناطق الحارة أو المعتادة أو الباردة. كما يكونون علي بينة بمساقط الشمس علي المبني والبيئة من حوله كقربه من المياه واتجاه الريح والخضرة ونوع التربة، والكتلة الحرارية التي تشمل الأسقف والجدران وخزانات الماء. كل هذه الاعتبارات لها أهميتها في امتصاص الحرارة أثناء النهار وتسربها أثناء الليل.
طاقة جسيم وطاقة شعاع
يدخل في حسابات طاقة جسيم وطاقة شعاع ثابتين طبيعيين وهما c سرعة الضوء في الفراغ و h ثابت بلانك . يعتبر هذان الثابتان الطبيعيان من أهم الثوابت على الإطلاق لأنهما يحددان إلى جانب ثابت الجاذبية G والقوى الأساسية وكتلة الإلكترون وكتلة البروتون و شحنة أولية تكوين الكون كله من ذرات ونجوم ومجرات ومن كواكب ومن أرض نشأت عليها الحياة.
طاقة جسم أو جسيم
يتميز جسم أو جسيم بأن له كتلة. فإذا كانت كتلة الجسيم m وسرعته v تحسب طاقته طبقا للمعادلة :
تلك هي طاقة حركية جسم أو جسيم ، وتنطبق المعادلة على الأجسم الكبيرة مثل السيارة مثلا ، وكذلك على الجسيمات الصغيرة مثل الإلكترون ، (كل بحسب كتلته). (ملحوظة: ينجم عن سرعة الجسيم طاقة حركية يمكن حسابها طبقا للمعادلة أعلاه التي تعتمد على كتلة الجسم m وسرعته v. ولكن إذا شئنا معرفة الطاقة الكلية للجسم فلا بد من أخذ الطاقة المرتبطة بكتلة السكون للجسم أيضا. وتحسب طاقة كتلة السكون للجسم عن طريق معادلة أينشتاين التي تعطي تكافؤ الكتلة والطاقة :E = m. c² حيث c سرعة الضوء في الفراغ. أي أن الطاقة الكلية لجسم = m. c² +
ويمكن حساب الطاقة الكلية لجسيم كالبروتون (أو لجسم كالسيارة) بالوحدات :
جول =
طاقة شعاع
يتميز شعاع بأنه موجة كهرومغناطيسية لها تردد وطول موجة . لحساب طاقة شعاع مثل شعاع الضوء ، نطبق معادلة ماكس بلانك:
حيث :
هي طاقة الشعاع و تردده (بالهرتز)
و h ثابت بلانك.
تنطبق تلك المعادلة على كميع أنواع الأشعة مثل : أشعة راديوية وأشعة الميكروويف والأشعة تحت الحمراء وأشعة الضوء المرئي ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية وأشعة جاما. فكلها أنواع موجة كهرومغناطيسية.
• حسابات تفصيلية عن طاقة شعاع كهرومغناطيسي ، أنظر موجة كهرومغناطيسية.
أنواع أخرى للطاقة
هناك مصادر نظيفة للطاقة يمكن استخدامها كوقود بديل ومنها:
• طاقة المد والجزر.
• طاقة الحرارة الأرضية.
• طاقة امواج البحر.
• طاقة نووية.
• طاقة شمسية.
• طاقة الرياح.
• طاقة حركة
• وحدة طاقة
وحدات الطاقة
كما توجد أنواع متعددة للطاقة، مثل الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية ووالطاقة الميكانيكية فلا عجب أنه توجد وحدات عديدة أيضا لقياس الطاقة بحيث تناسب الوحدة نوع الطاقة تحت النظر. ومع ذلك فيمكن تحويل تلك الوحدات فيما بينها مثلما يمكن تحويل الطاقة الحرارية مثلا إلى طاقة ميكانيكية. ونجلب هنا أهم وحدات الطاقة، ونذكر بوجود قائمة وحدة طاقة:
1 جول = 1 كيلوجرام. متر2. ثانية −2
1 إرج = 1 جرام. سم2. ثانية −2
1 جول = 107 إرج
1 كيلوواط ساعة = 3,6. 106 جول
1 حصان = 2,68. 106 جول
كما توجد وحدة صغيرة تناسب التعامل مع الجسيمات الأولية والذرة وتستخدم في الفيزياء النووية، ذلك لأن الجول وكيلوواط ساعة وحدات كبيرة لهذا المجال. والوحدة التي يستخدمها الفيزيائيون للجسيمات الأولية هي الإلكترون فولت ومقدارها :
1 إلكترون فولت = 1.6023 × 10−19 جول
كتلة البروتون = 931 مليون إلكترون فولت
وهذه الأخيرة يمكن حسابها أيضا بالجول أو بالكيلوجرام. متر2. ثانية −2.
الطاقة البديلة
لم يعد العمل من أجل مصادر بديلة للطاقة هدفا لحماة البيئة فقط بل يمكن وصفه بساحة إضافية لمزيج من الصراع والتنافس الدولييْن على الأصعدة السياسية والاقتصادية أيضا. وإذا كانت جهات عديدة تعلل مسلسل الحروب والتدخلات العسكرية الأمريكية عالميا ما بين البلقان وأفغانستان والعراق بأنها تستهدف استكمال السيطرة على القسط الأعظم من منابع النفط الخام والغاز الطبيعي وطرق إمداداتهما العالمية، فإن كثيرا من الجهود المبذولة لتطوير مصادر للطاقة البديلة يمكن رؤية أهداف سياسية واقتصادية من ورائها أيضا إضافة للأهداف البيئية الواضحة لذلك، على الأقل عندما تتبنى تلك الجهود جهات حكومية رسمية وشركات اقتصادية كبرى.
ولكن دعم الاعتماد على مصادر الطاقة البديلة لا يتحقق بشكل فعال دون توفير الأموال الاستثمارية على نطاق واسع، بينما يُنفَق في الوقت الحاضر ما يتراوح بين 300 و420 مليار يورو سنويا في الاستثمارات المالية في قطاعات الطاقة التقليدية، من الفحم والنفط الخام والغاز الطبيعي، كما يُدعم بعض هذه القطاعات -لاسيما الفحم- بزهاء 200 إلى 250 مليار يورو سنويا ليحافظ العمل فيها على مردود اقتصادي يسمح ببقائها، ولا تجد مصادر الطاقة البديلة من الاستثمارات أو الدعم ما يسمح بأي مقارنة.
وما يزال الطريق إلى إيجاد مصادر بديلة للطاقة بنسبة عالية لتغطية الاحتياجات العالمية طريقا طويلا، فحتى الدول التي تركز جهودها على هذا الصعيد تتحدث عن نسب أقصاها ما يصل إلى عشرة أو عشرين في المائة من احتياجاتها المحلية بالقياس إلى الاستهلاك الحالي للطاقة فيها، وهذا خلال عدة عقود مقبلة، مما يعني في الحصيلة أن الاعتماد على النفط الخام والغاز الطبيعي في اقتصاد الطاقة ستبقى له مكانة الصدارة لزمن طويل.
قصة استبدال الطاقة
وكانت بداية الحديث على مستوى عالمي لزيادة استغلال مصادر الطاقة البديلة في مؤتمر ريو دي جانيرو أو ما عُرف بقمة الأرض إبان انتهاء الحرب الباردة، ولم يتعد آنذاك إعلان النوايا الحسنة غير الملزمة، وذكر الطاقة البديلة كوسيلة لتخفيف أعباء تلوث البيئة.
وأظهرت المؤتمرات الدولية الكبرى لاحقا -لا سيما مؤتمرات المناخ العالمي- استحالة التوصل إلى "إجماع دولي" على خطوات محددة وملزمة في ميدان الطاقة البديلة، وكانت خيبة الأمل الكبرى على هذا الصعيد أثناء قمة "التنمية المستدامة" في جوهانسبرج في جنوب أفريقيا عام 2002م، عندما صدرت الاعتراضات في الدرجة الأولى عن الولايات المتحدة الأمريكية وكندا وأستراليا واليابان ومجموعة الدول النفطية.
وكان الطلب المطروح آنذاك هو تبني هدف رفع إنتاج مصادر الطاقة البديلة إلى حدود 15 في المائة من الإنتاج العالمي حتى سنة 2015م. في المؤتمر نفسه تكونت مجموعة ما يُسمى "ائتلاف الدول الراغبة" تعبيرا عن التقائها على الهدف المذكور، فصدرت دعوة ألمانيا إلى عقد مؤتمر دولي يضمها ويضم المنظمات غير الحكومية والشركات المعنية للعمل على إعطاء قطاع المصادر البديلة للطاقة دفعة قوية على الصعيدين السياسي والاقتصادي. هذا المؤتمر انعقد في بون في الفترة بين 1 و4 حزيران/ يونيو 2004م، بمشاركة زهاء 1500 شخص، يمثلون أكثر من 80 دولة وعددا كبيرا من المنظمات غير الحكومية ومن الشركات العالمية، لاسيما الألمانية.
الأربعاء أكتوبر 03, 2012 8:43 pm من طرف fatima zohra
اليومية
