مصادر الطاقة وأهميتها.. وهل تُستحدث من الذرّات؟

تُعد الطاقة من أهم الركائز التي تقوم عليها حياة الإنسان في العصر الحديث، فهي المحرك الأساسي للتقدم والتنمية في مختلف المجالات. فمنذ اكتشاف الإنسان لمصادر الطاقة التقليدية، مثل الفحم والنفط، وصولًا إلى تطوير مصادر الطاقة المتجددة، تغيَّرت أنماط الحياة وأصبحت أكثر راحة وسهولة.

أهمية الطاقة

تؤدي الطاقة دورًا حيويًّا في جميع جوانب الحياة اليومية والاقتصاد العالمي، فهي ليست ضرورية فقط لتشغيل الأجهزة والمعدَّات، بل تُعد أيضًا عاملًا رئيسًا في تحسين جودة الحياة.

في القطاع الصناعي، تُستخدم الطاقة لتشغيل المصانع وإنتاج السلع، وفي الزراعة، تُسهم في تشغيل المعدَّات الزراعية وأنظمة الإرواء. إضافة إلى ذلك، تُعد الطاقة أساسية في مجالات التعليم والرعاية الصحية، إذ تُمكِّن من تشغيل المدارس والمستشفيات.

مصادر الطاقة

الطاقة موجودة في كل مكان وبصور متعددة. على سبيل المثال، تُنتج الطاقة الكيميائية في أثناء التفاعلات الكيميائية، ويُعد الطعام مخزنًا لهذه الطاقة، إذ يحولها جسم الإنسان إلى طاقة حركية. أما الطاقة الكامنة، فهي طاقة مخزنة يمكن تحويلها إلى طاقة حركية عند الحاجة.

توجد مصادر أخرى للطاقة، مثل الطاقة الكهربائية التي تُنتج عن تحويل أنواع مختلفة من الطاقة، والطاقة الشمسية التي تُعد مصدرًا أساسيًّا للطاقة على الأرض. تُحول محطات الطاقة التقليدية الطاقة الكيميائية في الوقود إلى طاقة حرارية، ثم حركية، ثم كهربائية، في حين تحول توربينات الرياح طاقة الرياح الحركية إلى كهرباء، إذ تستمد الرياح طاقتها من الشمس.

هل الطاقة قابلة للفناء؟

وفقًا للقوانين الأساسية في العلوم، لا تُستحدث الطاقة من العدم ولا تفنى، بل تتحول من نوع إلى آخر. على سبيل المثال، عند إطلاق صاروخ، تتحول الطاقة الكيميائية المخزنة في الوقود إلى طاقة حرارية، وضوئية، وصوتية، وحركية. ومع مرور الوقت، تنتشر هذه الطاقة وتصبح أقل فائدة، لكنها تظل محفوظة، إذ تبقى الكمية الإجمالية للطاقة ثابتة في الكون.

ماذا يحدث في سلاسل الطاقة؟

تمثل سلاسل الطاقة عمليات تحويل الطاقة من نمط إلى آخر حتى تصبح قابلة للاستخدام. على سبيل المثال، يحتوي الفحم طاقة كيميائية مخزنة، وعند احتراقه تتحول إلى طاقة حرارية تُستخدم في تسخين المياه لإنتاج البخار.

ويتولى البخار تشغيل التوربينات التي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية التي بدورها تتحول إلى طاقة كهربائية داخل المولّدات. ثم يتم نقل الكهرباء إلى المنازل والمصانع لاستخدامها في الإضاءة وتشغيل الأجهزة الكهربائية.

الوقود الأحفوري، مثل النفط والفحم، تكون عبر ملايين السنين من بقايا النباتات والكائنات الحية التي خزنت الطاقة الشمسية. وعند استخراجه وحرقه، تنطلق هذه الطاقة مجددًا. ثم إن بعض مصادر الطاقة، مثل المياه الجارية، تُستخدم مباشرة في تشغيل الآلات، مثل السواقي التي تحوّل طاقة الماء الحركية إلى طاقة ميكانيكية مفيدة.

هل يمكن استحداث الطاقة من الذرّات؟

الطاقة لا تُستحدث إلا من المادة نفسها، إذ يمكن للذرّات، أو بالأحرى مكوناتها، أن تتحول إلى طاقة. عند انقسام الذرّات، مثلما يحدث في التفاعلات النووية، تنطلق كميات كبيرة من الطاقة. وفقًا لقانون حفظ الكتلة والطاقة، فإن المجموع الكلي للطاقة والكتلة يظل ثابتًا خلال أي عملية.

ما المقصود بالطاقة النووية؟

تُنتج الطاقة النووية داخل المفاعلات النووية المُستخدمة في توليد الكهرباء والغواصات التي تعمل بالطاقة النووية، وتتولد في أثناء الانفجارات النووية. وتعتمد هذه الطاقة على انشطار نوى الذرّات الثقيلة، مثل اليورانيوم والبلوتونيوم، إذ يؤدي انقسام النواة إلى إطلاق حرارة هائلة وطاقة إضافية تُستخدم في تشغيل المحطات النووية.

وحدة قياس الطاقة

تُقاس الطاقة بوحدة “الجول”، وهي الوحدة الأساسية لقياس الطاقة والشغل. كان يُستخدم سابقًا “السعر” لقياس الطاقة الحرارية والطاقة الكيميائية في الطعام، إذ يعادل السعر الواحد نحو 4.2 جول.

• يحتاج المصباح الكهربائي بقوة 100 واط إلى 100 جول من الطاقة كل ثانية.
• يستهلك المصباح الكهربائي التقليدي نحو 5 ملايين جول في 24 ساعة.
• يحتاج الإنسان يوميًا إلى 5-10 ملايين جول من الطاقة الغذائية للبقاء نشيطًا.
• تُطلق صاعقة البرق نحو 2000 مليون جول من الطاقة.
• يستهلك زلزال قوي ما يقارب 10 مليون مليون مليون جول خلال ثوانٍ قليلة.