يعتبر قانون الطاقة الموضعية الكهربائية واحدا من القوانين الرياضية والفيزيائية المهمة، حيث يعتمد على وضع الجسم بالنسبة النسبية لباقي الأجسام في نفس النظام المحيط به، لذا كان علينا أن نقدم شرحه بالتفصيل من خلال هذا المقال.
تعريف طاقة الوضع
- تعرف طاقة الوضع أو الطاقة الكامنة في الجسم على أنها الطاقة المخزنة داخل الأجسام، والتي تعتمد على وضع الجسم النسبي بالمقارنة مع بقية الأجسام في نفس النظام.
- كما أن للنبض قوة وضع كبيرة عندما يكون مضغوطا أو ممتدا، والكرة الفولاذية تمتلك قوة وضع أكبر وتوجد في ارتفاعات عالية.
- وفيما يتعلق بوضعها على الأرض، فإن طاقة الوضع تعتبر خاصية للنظام بأكمله وليست للأجسام بشكل فردي.
عند رفع كتلة معينة بمسافة معينة من الأرض، يمكن حساب طاقة الوضع باستخدام قانون طاقة الوضع، وهو كالتالي:
- طاقة الوضع=الكتلة×ارتفاع الجسم×تسارع الجاذبية الأرضية.
- بالنسبة للنبض، يتم حساب قوته بواسطة قانون الصقر، حيث تتناسب قوة النبض بشكل مباشر مع مقدار الضغط وتمدده.
- القانون هو: قوة الجاذبية = قوة النبض س وفي هذه الحالة، يشار إلى قوة الموقع بقوة الموقع بواسطة الجاذبية.
- نظرا لأن الطاقة التي تمتلكها تعود إلى موضعها العمودي، وكلما زادت كتلة الجسم التي يكتسبها الجاذبية.
- يتم سحب السهم في المقدمة: وفي هذا السياق، يطلق عليها اسم طاقة الدولة المرنة، وهي الطاقة التي تنشأ نتيجة توسعها وانضغاطها
القانون المتعلق بالطاقة الوضعية
عندما ترفع جسما إلى ارتفاع معين عن الأرض، القانون الذي يحسب به الطاقة الوضعية للجسم هو:
- الطاقة الوضعية = الكتلة × الارتفاع × الجاذبية. وفيما يتعلق بالنبض، يتم حساب الطاقة الوضعية باستخدام قانون هوك
- حيث تكون طاقة الوضع متناسبة تدريجيا مع ضغط النبض وتمدده. والقانون هو: طاقة الوضع = كمية النبض المستقرة أو التمدد، وهذان مثالان على طاقة الوضع. وتظهر طاقة الوضع في العديد من أمثلة الحياة اليومية، بما في ذلك:
- الكرة الثابتة فوق الجدول تسمى طاقة الوضع أو طاقة الجاذبية، لأن طاقتها تعود إلى موقعها الرأسي، وكلما زادت طاقة الموقع التي تكتسبها من الجاذبية.
- عند سحب السهم في القوس، تنتقل الطاقة المخزنة في الموقع المرن نتيجة لامتداده وضغطه، وفي حالة المواد المرنة، تزداد طاقة الحالة مع التمدد
- الروابط الكيميائية بين الذرات تحتوي على طاقة كهربائية تتمثل في تغاير أو تقارب الإلكترونات في الذرة، ويتم تعبير عنها بالكهرباء
- تخزن أشكال الطاقة التي تعتمد على الوضع الأشياء المحتوية على طاقة في أجسامها بطرق متنوعة قبل إطلاق الطاقة المكتنزة.
علاقة الطاقة الحركية وطاقة الوضع الكهربائية
عندما يكون لدى جسم الشخص كمية من الطاقة المتحركة، فهذا يشير إلى قدرة الجسم على إحداث تغيير أو فعل.
وتعرف هذه الطاقة بالطاقة الحركية، وهناك العديد من الأمثلة على أشياء تحمل طاقة حركية، مثل الرصاصة السريعة، والشخص السائر، والأشعة الكهرومغناطيسية مثل الضوء
- عندما تكون الكرة ثابتة، فإنها ليست لديها طاقة حركية، ومع ذلك، إذا رفعت وألقيت على سيارة فإنها ستتسبب في ضرر، لأنها تحمل طاقة مرتبطة بها، وكمية هذه الطاقة تعكس حجم الضرر الناتج
- تنتج الطاقة الميكانيكية من حركة الأشياء أو وجودها في موقع معين، وتتكون من مجموع الطاقة الحركية وطاقة الموقع. على سبيل المثال، عندما تتحرك سيارة من أعلى تلة، فإن لديها طاقة حركية وطاقة مخزنة.
الطاقة الميكانيكية وعلاقتها بطاقة الوضع الكهربائية
هكذا يتم إنتاج الطاقة الميكانيكية عن طريق حركة الأشياء أو وجودها في موقع محدد، وتتألف من الطاقة الحركية وطاقة الموقع.
على سبيل المثال، عندما تنتقل السيارة من قمة تلة، فإن لديها طاقة حركية وطاقة فورية
الطاقة الكهرومغناطيسية و طاقة الوضع الكهربائية
تعرف أيضا بالطاقة الإشعاعية، وتشير إلى الطاقة الكهرومغناطيسية المتواجدة في الموجات الضوئية والأمواج الكهرومغناطيسية وأي شكل من أشكال الضوء.
تشمل الراديو وأشعة غاما والأشعة السينية وأجهزة الموجات الصغرى والأشعة فوق البنفسجية
الطاقة الأيونية طاقة الوضع الكهربائية
هي الطاقة التي تربط بين الإلكترونات ونواة الذرات أو الأيونات أو الجزيئات، ومن الأمثلة على ذلك الطاقة الأيونية الأولى المطلوبة لإزالة إلكترون واحد.
وهي الطاقة اللازمة لإزالة الإلكترونات، وتكون أكبر من الطاقة الأيونية الأولى
أشكال أخرى من الطاقة
هناك العديد من أشكال الطاقة الأخرى، بما في ذلك:
الطاقة الحرارية
- تنشأ الطاقة الحرارية نتيجة اختلاف درجات الحرارة بين نظامين مختلفين؛ على سبيل المثال، يحتوي القهوة الساخنة على طاقة حرارية تنبع من الفنجان نفسه ومن البيئة المحيطة به.
الطاقة الكيميائية
- الطاقة الكيميائية تنتج نتيجة لتفاعلات كيميائية بين الذرات أو الجزيئات، مثل الطاقة الكيميائية الموجودة في الخلايا الكهروكيميائية أو البطاريات
الطاقة النووية
- هذه هي الطاقة المتولدة من تغيرات في نواة الذرة، أو من التفاعلات النووية مثل الانشطار النووي والاندماج النووي والتحلل النووي
الطاقة الصوتية
- وهكذا، يمكن استخدام الطاقة المستمدة من الموجات الصوتية، ويمكن نقل تلك الموجات عبر الهواء أو أي وسيلة أخرى مثل صوت الإنسان
تحدث تغيرات عديدة في مجال الطاقة من أجل تحقيق شكل يستخدم في التحولات الطاقوية المتعددة، على سبيل المثال:
تحولات في الطاقة في متطابقة
- يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية تحفز الجزيئات لإطلاق الطاقة الكيميائية المخزنة، والتي بدورها تتحول إلى طاقة حرارية أكبر وطاقة كهرومغناطيسية تتجسد في شكل ضوء مرئي
تحولات طاقة المحركات
تنتج شرارة من الطاقة الكهربائية في المحرك، مما يفجر الطاقة الكيميائية المخزنة في الوقود، ويؤدي ذلك إلى تمدد الوقود وضغطه على أجزاء السيارة.
والضغط المستمر والمتزايد على أجزاء السيارة لإدارة العجلات وتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية. دورة الديزل:
تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية بعد سلسلة من التفاعلات مثل دورة رانكين داخل التوربينات البخارية: حيث يتم تحويل أشكال متعددة من الطاقة إلى طاقة كهربائية بعد سلسلة من التفاعلات مثل:
- الطاقة الكيميائية (الطاقة الحرارية) (الطاقة الميكانيكية)
- الطاقة النووية
- و(الطاقة الحرارية (الطاقة الميكانيكية))
- الطاقة الشمسية (الطاقة الحرارية) (الطاقة الميكانيكية)
- الطاقة الحرارية الأرضية -دورة برايتون
- و(القوة الحرارية (الطاقة الميكانيكية) في التوربينات الغازية أو المحركات النفاثة:
- يتضمن ذلك تحويل أشكال مختلفة من الطاقة إلى طاقة كهربائية بعد سلسلة من التفاعلات مثل الطاقة الكيميائية، والطاقة الحرارية، والطاقة الميكانيكية.
تعريف الطاقة الكهربائية
- الطاقة هي القدرة على إنجاز عمل معين أو تطبيق قوة محددة على جسم لتحريكه، والطاقة الكهربائية تعني الطاقة المتعلقة بالكهرباء.
- التي تنتجها تدفقات الشحنات الكهربائية من خلال توربينات الحركة
- يمكن أيضا تعريفها كالطاقة المخزنة في جسيمات مشحونة داخل مجال كهربائي، وهو المنطقة التي تحيط بالجسيم المشحون.
- تستخدم الطاقة الكهربائية قوة الجذب والتنافر بين الجسيمات المشحونة لتحريكها وتنفيذ العمل، وهي من الطاقات الهامة للبشرية بأكملها.
- تصنف الطاقة بشكل عام إلى فئتين، إما طاقة حركية وهي الطاقة التي يحملها الجسم أثناء حركته وتزداد مع زيادة سرعته.
- أو بمعنى آخر، هي الطاقة المخزنة في الجسم أو المادة نتيجة لموضعها أو حالتها.
- عند تغييرهما، يتم تحرير الطاقة المخزنة، ولكن الطاقة الكهربائية عادة ما تكون في شكل طاقة كامنة.
في النهاية، قانون طاقة الوضع الكهربائية يعتمد على إنتاج الطاقة بشكل كبير، وهو أحد القوانين الهامة التي تعتمد على كتلة الجسم وسرعته، وكذلك علاقتها بقوة الجاذبية الأرضية
