ما الطاقة؟

ما الطاقة؟

في هذا الدرس

الأهداف

• توضح معنى الطاقة.
• تميز بين الطاقة الحركية وطاقة الوضع.
• تعرف الأشكال المختلفة للطاقة.

الأهمية

الطاقة تصاحب التغير في المادة.

مراجعة المفردات

الكتلة: مقدار ما في الجسم من مادة.

المفردات الجديدة

• الطاقة
• الطاقة الحركية
• طاقة الوضع
• الطاقة الكيميائية
• الطاقة الإشعاعية
• الطاقة الكهربائية
• الطاقة النووية

طبيعة الطاقة

ما الذي يخطر ببالك عندما تسمع كلمة الطاقة؟ هل هو الركض، أو الوثب، أم حركة السيارة، أم ماذا؟ وكيف تعرف الطاقة؟

تمكن الطاقة الجسم من القيام بالأعمال وتغير الأشياء. فالطاقة Energy هي: المقدرة على إنجاز شغل أو إحداث تغيير. فيم تشترك الأشياء في الصور الموجودة في الشكل 1؟

انظر إلى الأشياء حولك ولاحظ التغيرات التي تحدث، سوف تجد شخصًا يمشي، وأشعة الشمس تنفذ من الشباك وتسخن مقعدك، وأغصان أشجار تحركها الرياح. فما التغيرات التي تحدث؟

تنتقل الطاقة للأجسام من حولنا، مع أنك قد لا تلاحظ ذلك. وإنما تنتبه إلى وجود هذه الطاقة عندما يحدث تغير في الأجسام وإحداث تغيير عليها. فعندما تنتقل الطاقة من جسم إلى آخر، فأنت تسمع صوت الخطوات؛ لأن الطاقة انتقلت من وقع الأقدام على الأرض إلى أذنك، وتتحرك أوراق الأشجار عندما تنتقل إليها الطاقة من الرياح، وتسخن المقعد أكثر عندما تنتقل إليه الطاقة من أشعة الشمس. وفي الحقيقة، فإن الأجسام جميعها لها طاقة.

الشكل 1

الطاقة هي القدرة على إحداث تغيير.

وضح: كيف تحدث كل من هذه الأجسام تغيرًا؟

طاقة الحركة

للأجسام المتحركة المقدرة على إحداث تغييرات في أجسام أخرى، كما تلاحظ في الشكل 2؛ إذ تتدحرج كرة البولينج لتضرب بعض القوارير الخشبية، فهل تطلب ذلك طاقة؟

لقد حدث تغيير عند سقوط القوارير، وهذا ناتج عن كرة البولينج المتحركة التي لها طاقة تسببت في سقوط القوارير. فالكرة المتدحرجة طاقة تسمى الطاقة الحركية، والطاقة الحركية Kinetic Energy هي طاقة لدى الجسم بسبب حركته. لذا فالجسم الساكن ليس له طاقة حركية.

الطاقة الحركية والسرعة

ماذا يحدث عند دحرجة الكرة أسرع؟ وما الذي يحدث للقوارير الخشبية؟

ستسقط الكرة التي تضرب الكرة أكبر قدر من القوارير أو تقذف بعضها إلى مسافة أبعد. فالكرة التي تتحرك أسرع تحدث تغييرًا أكبر من تلك التي تتحرك أبطأ. فلاعب البولينج المحترف يضرب الكرة بسرعة كبيرة، كما تلاحظ في الشكل 2 ب، فتسبب ضربة قذف القوارير إلى مسافة أبعد. وهذا يدل على أن الكرة طاقة حركية أكبر؛ فالطاقة الحركية لأي جسم تزداد بزيادة سرعته.

ماذا قرأت؟

كيف تعتمد الطاقة الحركية على السرعة؟

الطاقة الحركية والكتلة

لو دفعت الكرة الطائرة بدلًا من كرة البولينج كما في الشكل 2 ج، وبالسرعة نفسها فماذا سيحدث؟ الكرة قد تسقط القوارير، وعلى الأغلب أنها لن تستطيع إسقاط أي قوارير، وقد يسقط بعضها بعضًا.

هل هذا يعني أن للكرة الطائرة طاقة حركية أقل من كرة البولينج التي تتحرك بالسرعة نفسها؟ نعم؛ إذ إن كتلة الكرة الطائرة أقل كثيرًا من كتلة كرة البولينج، لذلك فالطاقة الحركية لكرة البولينج أكبر من الطاقة الحركية للكرة الطائرة.

فالطاقة الحركية للجسم المتحرك تعتمد أيضًا على كتلته، وتزداد بزيادتها.

الشكل 2

تعتمد الطاقة الحركية للجسم على كتلته وسرعته.

أ. هذه الكرة طاقة حركية لأنها تتدحرج على المسار.
ب. للكرة طاقة حركية أكبر؛ لأن سرعتها أكبر.
ج. هذه الكرة طاقة حركية أقل؛ لأن كتلتها أقل.

طاقة الوضع

هل يمكن لجسم غير متحرك أن يكون له طاقة؟ إذا أمسكت بكرة على ارتفاع معين من سطح الأرض، فلن يكون لها طاقة حركية لأنها ساكنة، فإذا تركتها دون دفعها فإنها تسقط في اتجاه الأرض مكتسبة طاقة حركية. من أين جاءت هذه الطاقة؟

للكرة المرفوعة نوع من الطاقة يسمى طاقة الوضع. وطاقة الوضع Potential Energy هي طاقة مختزنة كامنة في الجسم بسبب موضعه. والموضع هنا هو ارتفاع الكرة عن سطح الأرض. وعندما تسقط الكرة تتحول طاقة وضعها إلى طاقة حركية.

وتكون طاقة وضع أي جسم أكبر كلما كان ارتفاعه عن الأرض أكبر. وتعتمد طاقة الوضع أيضًا على كتلة الجسم؛ فكلما كانت كتلة الجسم أكبر، كانت طاقة وضعه أكبر.

الشكل 3

تعتمد طاقة وضع الجسم على كتلته وارتفاعه عن سطح الأرض.

حدد: أي الإناءين له طاقة وضع أكبر: الأحمر أم الأزرق؟ لماذا؟

أشكال أخرى للطاقة

للطاقة أشكال متعددة؛ فكل من الطعام وأشعة الشمس له شكل من أشكال الطاقة يختلف عن الطاقة الحركية التي للرياح. فالسخونة التي تشعر بها عند التعرض لأشعة الشمس نوع من الطاقة تختلف تمامًا عن الطاقة الحركية وطاقة الوضع.

الطاقة الحرارية

يشعر الإنسان بالسخونة عند التعرض لأشعة الشمس، نتيجة حصوله على طاقة حرارية. وجسم الإنسان لها طاقة حرارية تزداد بزيادة درجة الحرارة.

فلكوب الكاكاو الساخن في الشكل 4 طاقة حرارية أكبر من كوب الماء البارد، الذي بدوره طاقة حرارية أكبر من قطعة الثلج التي لها الكتلة نفسها.

وتنتج أجسامك طاقة حرارية بسبب التفاعلات الكيميائية التي تحدث فيه باستمرار.

من أين تأتي هذه الطاقة؟ إنها تأتي من التفاعلات الكيميائية الناتجة عن نوع آخر من الطاقة يسمى الطاقة الكيميائية.

الشكل 4

لكل من الذرات سخونة الجسم: ازدادت طاقته الحرارية، فكوب الكاكاو الساخن له طاقة حرارية أكبر من كوب الماء البارد، وهذا بدوره طاقة أكبر من قطعة الجليد التي لها الكتلة نفسها.

الطاقة الكيميائية

إذا تناولت وجبة فإنك تزود جسمك بمصدر من مصادر الطاقة. إن الطعام يحتوي طاقة كيميائية يستخدمها الجسم ليزود نفسه بالطاقة، وتمكنك من القيام بالنشاطات المختلفة.

وكما في الشكل 5، يحتوي الطعام على مركبات كيميائية، ومنها السكر، الذي يتم تحطيمه في الجسم.

والطاقة الكيميائية Chemical Energy طاقة مخزنة في الروابط الكيميائية بين الذرات. وعندما يتم تحطيم المركبات الكيميائية وتشكيل مركبات جديدة، تنطلق بعض الطاقة.

إن طاقة لهب الشمعة ناتجة عن الطاقة الكيميائية المخزنة في الشمع؛ فعندما يحترق الشمع تتحول الطاقة الكيميائية فيه إلى طاقة حرارية وطاقة ضوئية.

الشكل 5

المركبات الكيميائية المعقدة الموجودة في الطعام تخزن الطاقة الكيميائية، وخلال الأنشطة المختلفة تتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة حركة وحرارية.

ماذا قرأت؟

متى يتم إطلاق الطاقة الكيميائية؟

الطاقة الضوئية

ينتقل ضوء الشمعة في الهواء بسرعة كبيرة جدًا تصل إلى 300000 كم/ث، وعن طريقه يمكننا التقاط الضوء على سطح ما، فقد يمتص أو ينفذ أو ينعكس.

وعندما يمتص الجسم الضوء يصبح أسخن؛ لأنه امتص الطاقة من الضوء، وتتحول إلى طاقة حرارية. وتسمى هذه الطاقة التي يحملها الضوء طاقة الإشعاع Radiant Energy.

يظهر الشكل 6 ملفًا من السلك ينتج الطاقة الإشعاعية عند تسخينه، ويتطلب تسخين الفلز نوعًا آخر من الطاقة، هو الطاقة الكهربائية.

الطاقة الكهربائية

الطاقة الكهربائية أحد الأشكال المألوفة لديك للطاقة الكهربائية.

انظر حولك إلى الأجهزة المختلفة التي تعمل بالكهرباء؛ حيث يسري فيها التيار الكهربائي عند وصلها بالمقبس الكهربائي أو بالخلايا الكهربائية، البطاريات.

والطاقة الكهربائية Electrical Energy طاقة يحملها التيار الكهربائي.

الشكل 6

تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية بمرور التيار في السلك الفلزي، وبازدياد سخونة السلك يبدأ في إطلاق الطاقة الإشعاعية.

الطاقة النووية

تولد محطات الطاقة الكهربائية الضخمة، التي تعمل بالوقود غالبًا، كميات هائلة من الطاقة كل يوم. ويتم في بعض البلدان إنتاج الطاقة الكهربائية من خلال محطات الطاقة الشمسية، وطاقة الرياح، والطاقة النووية.

تستخدم المحطات النووية الطاقة المخزنة في أنوية الذرات لتوليد الطاقة الكهربائية؛ فلكل نواة ذرة طاقة نووية Nuclear Energy يمكن تحويل بعضها إلى أنواع أخرى من الطاقة، ومنها الطاقة الكهربائية.

وتحتاج إطلاق الطاقة النووية إلى عمليات صعبة تتطلب بناء محطات نووية واستخدام معدات معقدة، كما في الشكل 7.

الشكل 7

تستخدم محطات الطاقة النووية للحصول على الطاقة المفيدة من أنوية بعض الذرات مثل اليورانيوم.

مراجعة الدرس 1

الخلاصة

طبيعة الطاقة

• الطاقة هي القدرة على إحداث تغيير.
• الطاقة الحركية طاقة لدى الجسم بسبب حركته، وتعتمد على سرعته وكتلته.
• طاقة الوضع طاقة للجسم بسبب موضعه، وتعتمد على كتلة الجسم وارتفاعه.

أشكال الطاقة

• تزداد الطاقة الحرارية بزيادة درجة الحرارة.
• الطاقة الكيميائية طاقة مخزنة في روابط المركبات الكيميائية.
• الطاقة الضوئية، وتسمى أيضًا الطاقة الإشعاعية، طاقة يحملها الضوء.
• الطاقة الكهربائية طاقة يحملها التيار الكهربائي.
• الطاقة النووية طاقة تحويها أنوية الذرات.

اختبر نفسك

• فسر لماذا يسبب تصادم سيارتين مسرعتين أضرارًا أكثر من تصادم سيارتين بطيئتين؟

• صف تحولات الطاقة التي تحدث عند حرق قطعة من الخشب.

• حدد أشكال الطاقة الذي يتحول إلى طاقة حرارية في جسمك.

• وضح كيف يمكن لزهرتين موضوعتين إحداهما إلى جانب الأخرى على رف أن يكون لإحداهما طاقة وضع أكبر من الأخرى؟

• التفكير الناقد: قد تشترك دراجة تتحرك بسرعة كبيرة وسيارة لها الطاقة الحركية نفسها. أيهما يتحرك بسرعة أكبر؟ وإذا تحركت الكرتان بالسرعة نفسها فأيهما لها طاقة حركية أكبر؟

• تطبيق المهارات: تواصل

اكتب في دفتر العلوم طرائق مختلفة لاستعمال كلمة طاقة، وأيها أقرب إلى التعريف الوارد في هذا الدرس؟