هناك أنواع متعددة من الطاقة ومصادرها المختلفة، بما في ذلك مصادر طاقة قابلة للتجديد وغير قابلة للتجديد، ونقوم الآن بإعداد بحث حول الطاقة والتغيرات الكيميائية.
مقدمة بحث حول الطاقة والتغيرات الكيميائية
الطاقة تعرف على أنها القدرة على القيام بعمل ما، وهناك أشكال مختلفة للطاقة وترتبط كل منها بالحركة، ومن الممكن أن تنتقل الطاقة من جسم إلى آخر ومن شكل إلى آخر، وتصنف بناء على الشكل الجديد الذي تنتقل إليه.
تماما كما أن الطاقة لا تنشأ أو تدمر، وهذا هو قانون حفظ الطاقة أو ما يعرف بالقانون الأول لديناميكا الحرارة، هناك أيضا طرق متعددة لتحويل الطاقة من شكل إلى آخر.
يمكن استخدام العديد من الأجهزة المختلفة مثل خلايا الوقود والمولدات والبطاريات والمحركات الحرارية لتوليد الكهرباء أو الطاقة الميكانيكية من خلال حرق الوقود.
شاهد أيضًا: بحث عن انتقال الطاقة في النظام البيئي pdf
الأشكال المختلفة للطاقة
تتنوع أشكال الطاقة ومنها:
الطاقة الكهربائية
الطاقة الكهربائية هي الأكثر استخداما في عصرنا الحديث بسبب سهولة نقلها عبر المسافات البعيدة، ويمكن تحويل هذه الطاقة بسهولة إلى حرارة أو ضوء أو طاقة ميكانيكية.
تم اختراع التوربين الذي يتم تشغيله بواسطة المحركات الكهربائية، وأدى هذا الاختراع إلى إنتاج طاقة كهربائية على نطاق واسع بفضل إنتاج الحركة الدورانية بواسطة التوربين.
الطاقة النووية
“Nuclear Energy” وتعرف بأنها ناتجة عن بعض تغييرات بالنوى الذرية أو بالتفاعلات النووية، وقد عمل تطور الطاقات النووية على توفير المصدر الجديد للطاقة.
يمكن أن يتم إنتاج البخار المستخدم في تشغيل المولد الكهربائي أو المراوح الخاصة بالسفن الكبيرة أو العديد من الآلات الأخرى باستخدام التوربين وذلك عن طريق استغلال الحرارة المتولدة من المفاعلات النووية.
على الرغم من أن المفاعلات النووية ساهمت في إنتاج 23٪ من الكهرباء في الولايات المتحدة عام 1999، إلا أن بناء هذه المفاعلات في البلاد يواجه تحديات كبيرة بسبب المخاطر المتعلقة بالنفايات الإشعاعية التي تنتجها هذه المفاعلات، والخوف من وقوع كوارث نووية.
الطاقة الميكانيكية
الطاقة الميكانيكية هي الطاقة التي تنتجها الحركة أو وضع الجسم، وهي مجموعة من طاقة الحركة والطاقة الكامنة، فالسيارات المتحركة تحتوي على طاقة حركية، ولكن عند تسلق جبل عال فإنها تحتوي في ذلك الوقت على طاقة حركية وطاقة كامنة.
الطاقة الكيميائية
تنتج هذه الطاقة نتيجة تفاعل الذرات أو الجزيئات الكيميائية في البطاريات، وتتوفر بأشكال متعددة، ومن أمثلتها الطاقة الكهروكيميائية.
الطاقة الحرارية
الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تنتقل بين نظامين مختلفين نتيجة الفرق في درجات الحرارة، وهي الطاقة المخزنة في حركة الجزيئات التي تتحرك بشكل عشوائي في المواد، ويمكن نقلها من مكان لآخر عن طريق وسائل متعددة مثل الحمل والتوصيل والإشعاع.
مصادر الطاقة
توجد نوعين من الطاقة، وهم:
الطاقة الغير متجددة
المصادر الطاقوية غير المتجددة، المعروفة أيضا بـ `الطاقة غير المتجددة`، تعني أنها لا يمكن تجديدها أو إنتاجها بسرعة، واستهلاك تلك المصادر يكون سريعا مقارنة بإنتاجها، ومن أمثلة مصادر الطاقة غير المتجددة:
النفط
النفط هو مصدر غير شائع للطاقة في محطات التوليد، ولكنه يستخدم على نطاق واسع كوقود عالمي، حيث يستخدم في وسائل النقل المختلفة مثل الطائرات والقطارات والسيارات، ويستخدم أيضا في صناعة البلاستيك.
الفحم
يستخدم الإنسان الفحم كمصدر للطاقة الغير متجددة منذ العصور القديمة، بسبب انخفاض تكلفته، وقدرته على إنتاج كميات كبيرة من الطاقة مقارنة بحجمه ووزنه، ولكنه من بين أنواع الوقود التي تسبب التلوث الجوي بشكل كبير.
الغاز الطبيعي
يتألف من الميثان، ويستخدم في طهي الطعام وتدفئة الهواء وإنتاج الكهرباء، وهو نوع من الوقود الأحفوري النظيف حيث لا يترك مخلفات بعد احتراقه.
الغاز الطبيعي ينتج ثاني أكسيد الكربون بنسبة قليلة مقارنة بالنفط، حيث تقدر نسبته بحوالي 30%، وبنسبة قليلة مقارنة بالفحم، حيث تقدر نسبته بحوالي 45%، ومن أهم خصائص الغاز الطبيعي أنه يسهل نقله.
وعلى الرغم من تكلفته المنخفضة، فإنه يشتعل بسهولة كبيرة، وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب معالجة أكثر من النفط أو الفحم.
اليورانيوم
يتم استخلاص اليورانيوم الصلب الخام لتحويله إلى وقود يستخدم في محطات الطاقة النووية.
مصادر الطاقة المتجددة
تعتبر “الطاقة المتجددة” هي المصادر التي يتم تجديدها طبيعيا ولها قدر محدود، وعادة لا تتعرض للاستنزاف على مدار عدة أيام. ومع ذلك، يقل عدد المصادر المتاحة للوحدة الزمنية فيها. ومن بين أهم مصادر الطاقة المتجددة التي تشملها القائمة:
الطاقة الشمسية
تعتبر الطاقة الشمسية إحدى المصادر المتجددة الأهم، حيث تمتص الطاقة من الشمس وتحولها إلى كهرباء باستخدام الخلايا الشمسية، وتخزن في البطاريات للاستخدام المستقبلي. تعتبر الطاقة الشمسية غير ضارة وصديقة للبيئة، إذ لا تلوث الهواء عند عملية تحويل الطاقة من الشعاع الشمسي، كما أنها لا تسبب الضوضاء.
شاهد أيضًا: بحث عن درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء
طاقة الرياح
تعتبر الرياح الحركة الهوائية التي تحدث بسبب ارتفاع الهواء الدافئ فوق الهواء البارد، وتستخدم هذه الطاقة لتوليد الكهرباء باستخدام توربينات الرياح. استخدمت طاقة الرياح في الماضي لقرون عديدة في الملاحة البحرية وفي طواحين الهواء لطحن الحبوب.
الطاقة الكهرومائية
تعتبر المياه من مصادر متجددة، حيث تتغذى بشكل مستمر من دورة المياه، وتتشكل تدفقات المياه بشكل قوي في مجاري الأنهار.
وتتمثل إحدى قدراتها في تشغيل العجلات التي تعمل بالمياه وتسهم في التحكم في العمليات الميكانيكية، وذلك من خلال تحويل طاقة الماء المتدفقة إلى كهرباء باستخدام المولدات والتوربينات الموجودة في العديد من السدود حول العالم.
طاقة الحرارة الجوفية
تعتبر درجة الحرارة داخل الأرض من أهم مصادر الطاقة المتجددة، حيث تنتج البخار والمياه الساخنة المستخدمة في توليد الكهرباء وإنتاج الطاقة الكهربائية، ويمكن استغلالها أيضا في توليد الطاقة المستخدمة في الصناعات المختلفة وتدفئة المنازل.
التغيرات الكيميائية
يعني التغير الكيميائي العملية التي يتم فيها تعديل تركيبة المادة، أو تحويلها إلى مواد جديدة ومتنوعة، وهو يتضمن التفاعلات الكيميائية التي تؤدي إلى إعادة ترتيب الذرات.
بعد هذا التغيير الذي يحدث فيها، لا يمكن أن تعود إلى الحالة الطبيعية التي كانت عليها سابقا، وهذا يتعارض مع التغير الفيزيائي الذي يمكن للمادة أن تعود إلى الحالة الأصلية التي كانت عليها.
علاقة التغير الكيميائي بالطاقة
التغير الكيميائي الذي يُصدر حرارة
يعرف هذا التغيير الكيميائي بتفاعلات الحرارة السالبة.
التغير الكيميائي الذي يتسبب في امتصاص الحرارة
ويعرف هذا التغيير الكيميائي باسم التفاعلات الحرارية الماصة.
وفيما يلي أمثلة على التغيرات الكيميائية:
- الخلط بين الصودا والخل والذي ينتج غاز ثاني أكسيد الكربون.
- تمزج بين المواد الحمضية المختلفة والمواد القاعدية المختلفة.
- طبخ البيض، احتراق الشمع، صدأ الحديد.
- يتم إضافة حرارة إلى الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الماء.
كيفية التعرف على التغير الكيميائي
يمكن تحديد التغير الكيميائي من خلال الآتي:
تغير درجات الحرارة
في بعض الأحيان، يصاحب التفاعل الكيميائي تغير في الطاقة، ويمكن قياس تغير درجة الحرارة في هذه الحالة لتحديد التغير الكيميائي.
الضوء
ينتج عن التفاعل الكيميائي أحيانًا ضوء.
فقاعات
يتكون التفاعل الكيميائي من بعض الغازات التي تظهر على شكل فقاعات في المحلول السائل.
تكون الرواسب
تتكون منها جسيمات صلبة تظهر في المحلول أو تترسب كرواسيب.
تغير اللون
التفاعل الكيميائي يسبب تغيير اللون بشكل دائم، ولذلك فهو إشارة جيدة على حدوث التفاعل الكيميائي. من المرجح أن التفاعلات الكيميائية التي تحتوي على الفلزات الانتقالية تسبب إنتاج الألوان.
تغير الروائح
قد تؤدي التفاعلات الكيميائية إلى انبعاث وتطاير مواد كيميائية، مما يسبب روائح مميزة.
التغير في التركيب
عند حدوث احتراق في الطعام، مثلا، يتغير ويتحول إلى الرماد، أو يتغير الطعام عند تركه لفترة طويلة ويتعفن.
ملاحظة: قد يحدث تغير كيميائي دون ظهور أي من هذه الظواهر السابقة، وقد يستغرق وقتا طويلا لظهور هذا التغير على الرغم من استمرارية عملية التغير.
أنواع التغير الكيميائي
هناك ثلاث أنواع للتغير الكيميائي وهم:
تغيرات كيميائية غير عضوية
وهي التفاعلات الكيميائية والتي غالبا ما لا تحتوي على عناصر الكربون، ومن أمثلتها خلط الأحماض والقواعد وتفاعلات الأكسدة والاحتراق والاختزال.
تغيرات كيميائية عضوية
وتحتوي على مركبات عضوية تحتوي على الكربون والهيدروجين، ومن أمثلتها تكسير الروابط باستخدام خام النفط.
تغيرات بيوكيميائية
هي تغيرات كيميائية عضوية تحدث في الكائنات الحية، ويتم التحكم في هذه التفاعلات والهرمونات والإنزيمات، ومن أمثلة ذلك التخمير وتثبيت النيتروجين والعملية الهضمية.
شاهد أيضًا: بحث عن مصادر الطاقة
خاتمة بحث حول الطاقة والتغيرات الكيميائية
في ختام مناقشة حول الطاقة والتغيرات الكيميائية، ندعوكم لمشاركة هذا الموضوع في جميع وسائل التواصل الاجتماعي، حيث تم ذكر مصادر الطاقة وأنواعها وكيفية استخدامها في الحياة.
