بحث في الفيزياء حول الطاقة لسنة الثانية ثانوي علمي

بحث في الفيزياء حول الطاقة لسنة الثانية ثانوي علمي
بحث في الفيزياء حول الطاقة لسنة الثانية ثانوي علمي

1/مفاهيم الطاقة

+ تعتبر الطاقة من أهم العوامل في تقدم البشرية ورقيها على مر العصور , وقد سعى الإنسان منذ فجر التاريخ إلى تملك الطاقة بصورها وأشكالها المختلفة والبحث الدؤوب عن مصادر جديدة لها .

+ تعرف الطاقة بأنها هي عبارة عن كمية فيزيائية تظهر على شكل حرارة أو على شكل حركة ميكانيكية أو كطاقة ربط في أنوية الذرة بين البروتون والنيتر

+ الطاقة هي وجود مخزون من القوة في مكان (كالنفط) او حالة ( كما في طاقة الوضع) ما ....تكون بشكل غير فعال الى ان يتم الاستفادة من وجود خاصية معينة فيها ( مثل الاحتراق في البنزين) لتفعيلها و فتح الباب للقوة للخروج.

+ الطاقة هي أحد المقومات الرئيسية للمجتمعات المتحضرة .وتحتاج إليها كافة قطاعات المجتمع بالإضافة إلى الحاجة الماسةة إليها في تسيير الحياة اليومية ، إذ يتم استخدامها في تشغيل المصانع وتحريك وسائل النقل المختلفة وتشغيل الأدوات المنزلية وغير ذلك من الأغراض . وكل حركة يقوم بها الإنسان تحتاج إلى استهلاك نوع من أنواع الطاقة ويستمدَّ الإنسان طاقته لإنجاز أعماله اليدوية والذهنية من الغذاء المتنوع الذي يتناوله كل يوم ، إذ يتمّ حرق الغذاء في خلايا الجسم ويتحول إلى طاقة . ويمكن تعريف الطاقة بأنها قابلية إنجاز تأثير ملموس (شغل) .

2/ انواعها
توجد الطاقة على عدة أنواع منها ..

طاقة كيميائية.
طاقة ميكانيكية.
طاقة حرارية.
طاقة شمسية.
طاقة نووية.
طاقة كهربية.
طاقة ضوئية.


ومن الملاحظ أن هذه الأشكال من الطاقة يستلزم جميعها الحركة، فالحرارة هي عبارة عن هياج للجزيئات، والتفاعلات الكيميائية تقتضي اتحاد أو تفكك الذرات والإلكترونات التي تربط بينها، أي أنها حركة، وكذلك الطاقة النووية هي إعادة تنظيم للنويات التي تدخل إلى نواة الذرة أو تخرج منها، وبالتالي فالطاقة تُنقل وتُحمل بشكل حركة أو اصطدامات تعطي الحركة بشكل دائم، وكل شيء في الكون هو عبارة عن حركة . فنور الشمس يتحول إلى حرارة بعدما كان قد تخزن داخل المواد بشكل كيميائي، والجدير بالذكر أن كل ما استعمله الإنسان من طاقة حتى اليوم كان ناتجاً عن هذا التحول.

والطاقة النووية بحد ذاتها تقسم إلى شكلين مختلفين هما:
الانشطار والانصهار، ويمثل الانشطار التحول النووي – النووي، أما الانصهار فيمثل الانصهار التحول الحراري – النووي.
لقد أصبح من البديهي أن نسبة نمو السكان الحالية على الأرض لن تستطيع أن تحافظ على معدل ثابت وبالتالي يؤدي ذلك إلى زيادة الطاقة، فتظهر الحاجة هنا إلى البحث عن مصادر بديلة عن مصادر الطاقة الغير متجددة.

3/ مصادرها

ان أهمّ مصادر الطاقة المستخدمة حالياً، وتلك المتوقع أن يكون لها شأن في توفير الطاقة للبشرية، هي:

1- الوقود الأحفوري: ويتمثل في الفحم والنفط والغاز الطبيعي، ويختزن هذا الوقود (طاقة كيميائية) يمكن الاستفادة منها عند حرقه، والوقود الأحفوري هو مصدر الطاقة الرئيس حيث يسهم بما يربو على 90% من الطاقة المستخدمة اليوم، ولأنه مصــــدر قابل للنضوب، وبسبب مشكلات التلوث البيئي، فإن البحث حثيث لتوفير وتطوير مصادر أخرى للطاقة.


2- المصادر الميكانيكية: وهي مساقط المياه والسدود وحركة (المدّ والجزر) وطاقة الرياح، ولذا تُقام محطات (توليد الكهرباء) عند السدود والشلالات ومناطق المد العالي وربوع الرياح الشديدة لاستغلال قوة الدفع الميكانيكية في تشغيل التوربينات.

3 - الطاقة الشمسية: يُستفاد منها عبر التسخين المباشر في عمليات تسخين المياه والتدفئة والطهي، كما يمكن تحويلها مباشرة إلى (طاقة كهربائية) بواسطة (الخلايا الشمسية).

4- الطاقة الحرارية الجوفية: حيث يُستفاد من ارتفاع درجة الحرارة في جوف الأرض، وفي بعض المناطق تكون هذه (الطاقة الجوفية) قريبة من سطح الأرض فتوجد بالتالي الينابيع الحارة، ففي أيسلندة ـ مثلاً - تنتشر هذه الينابيع، ويُستفاد منها لأغراض التدفئة والتسخين.

5- الكتل الحيوية (البيوماس): وهي المخلفات الحيوية، وهذا التصنيف يشمل: انية والزراعية التي يتم تخميرها في حفر خاصة ليتصاعد منها غاز الميثان، وهو غاز قابل للاشتعال.

6- غاز الهيدروجين: يمثّل نوعاً مهماً من أنواع الوقود، وهو مرشح لأن يكون له دور كبير في تأمين الطاقة في المستقبل، وقد ظهرت سيارات تعمل على غاز الهيدروجين، وأبرز تطبيقاته الاســـتفادة منه في (خلايا الوقود)، وهي خلايا واعـــدة بتطبيقات واسعة في المستقبل، ويتم توليد الكهرباء داخلها مباشرة بتمرير الهيدروجين والهواء بها، وعبــر اتحاد الهيـــــدروجين والأوكسجين نحصل على (طاقة كهربـــائية)، وأما مخلــــفات هذه العملية فهي الماء فقـــــط، أي إن (خـــــلايا الوقود) لا تسـهم في تلويث البيئة.

7- الطاقة النووية: تنتج عن (الانشطار النووي) في المفاعلات النــووية، ويُستفاد منها في تسيير الســــفن والغـواصات وتوليد (الطاقة الكهربائية)، وأبرز سلبياتها (النفايات المشعة) النــــاتجة، ومشكلة التخلص منها، وضوابط الســــلامة العالية اللازمة لمنع انفجار المفاعل، أو تسرّب الإشعاعات منه.

وهناك تصنيف للطاقة ومصادرها يقوم على مدى إمكانية تجدد تلك الطاقة واستمراريتها
1- الطاقة التقليدية أو المستنفذة: وتشمل الفحم والبترول والمعادن والغاز الطبيعي والمواد الكيميائية، وهي مستنفذة لأنها لا يمكن صنعها ثانية أو تعويضها مجدداً في زمن قصير.

2- الطاقة المتجددة أو النظيفة أو البديلة: وتشمل طاقة الرياح والهواء والطاقة الشمسية وطاقة المياه أو الأمواج والطاقة الجوفية في باطن الأرض وطاقة الكتلة الحيوية، وهي طاقات لا تنضب.

4/خصائص و مميزات الطاقة المتجددة
الطاقة المتجددة نعني بها تلك المولدة من مصدر طبيعي غير تقليدي، مستمر لا ينضب، ويحتاج، فقط، إلى تحويله من طاقة طبيعية إلى أخرى يسهل استخدامها بوساطة تقنيات العصر.
يعيش الإنسان في محيط من الطاقة، فالطبيعة تعمل من حولنا دون توقف معطية كميات ضخمة من الطاقة غير المحدودة بحيث لا يستطيع الإنسان أن يستخدم إلا جزءاً ضئيلاً منها، فأقوى المولدات على الإطلاق هي الشمس، ومساقط المياه وحدها قادرة على أن تنتج من القدرة الكهرومائية ما يبلغ 80% من مجموع الطاقة التي يستهلكها الإنسان.
ولو سخرت الرياح لأنتجت من الكهرباء ضعف ما ينتجه الماء اليوم، ولو استخدمنا اندفاع المد والجزر في توليد الطاقة لزودنا بنصف حاجتنا منها.
ومن كل بدائل النفط، استحوذت الطاقة الشمسية، والبدائل الأخرى المتجددة؛ مثل الرياح، والبقايا العضوية، والطاقة المولدة من حركة المد والجزر، وفي الأمواج والتدرجات الحرارية والموائع الحرارية الجوفية، استحوذت على خيال الرأي العام وصانعي القرارات واهتماماتهم على حد سواء.
ورغم أن مزايا البدائل المتجددة معروفة جيداً، إلاّ أن هناك بعض الصعوبات التي تواجه استخدامها، فهي غير متوفرة دوماً عند الطلب، وتتطلب استثمارات أولية ضخمة، واسترداد الاستثمار الأولي فيها يستغرق زمناً طويلاً.
وتدخل الطاقة الشمسية والمصادر المتجددة عناصر أساسية في برامج الطاقة لدى جميع البلدان، وخاصة تلك التي تتمتع بظروف شمسية أو حيوثرمية، أو رياحية جيدة.
دأ العالم الصناعي، وعلى رأسه الولايات المتحدة الأمريكية، يشعر بأزمة الطاقة إبان حرب أكتوبر 1973 بين الدول العربية وإسرائيل، عندما أعلنت الدول العربية المنتجة للنفط قطع إمدادات البترول عن الدول الغربية المساندة لإسرائيل. ومنذ ذلك التاريخ صارت منظمة الأوبك opec هي التي تحدد سعر بيع البترول وليست شركات البترول كما هو الحال من قبل. وكان لهذا الموقف تأثيره في لجوء هذه الدول إلى وسائل بديلة لتوليد الطاقة. ولم تنقض إلا ثمانية أعوام على حظر النفط، حتى تحفز المخططون ورجال الأعمال إلى التفكير جدياً في طاقة الرياح.
فخصائص ومميزات الطاقة المتجددة هي :
1. متوفرة في معظم دول العالم.
2. مصدر محلي لا ينتقل، ويتلاءم مع واقع تنمية المناطق النائية والريفية واحتياجاتها.
3. نظيفة ولا تلوث البيئة، وتحافظ على الصحة العامة.
4. اقتصادية في كثير من الاستخدامات، وذات عائد اقتصادي كبير.
5. ضمان استمرار توافرها وبسعر مناسب وانتظامه.
6. لا تحدث أي ضوضاء، أو تترك أي مخلفات ضارة تسبب تلوث البيئة.
7. تحقق تطوراً بيئياً، واجتماعياً، وصناعياً، وزراعياً على طول البلاد وعرضها.
8. تستخدم تقنيات غير معقدة ويمكن تصنيعها محلياً في الدول النامية.

5/فوائد استخدام الطاقة المتجددة و مجالاتها
تتميز الطاقة المتجددة بعدة مميزات وفوائد مباشرة أو غير مباشرة نلخصها في النقاط التالية:

الطاقة المتجددة لا تنضب .
تعطي طاقة نظيفة خالية من النفايات ( بكافة أنواعها ) .
تهدف أولا إلى حماية صحة الإنسان .
المحافظة على البيئة الطبيعية.
ذات تكلفة إنتاج بسيطة .
تحسين معيشة الإنسان والحد من الفقر.
تأمين فرص عمل جديدة.
الحد من الإنبعاثات الغازية والحرارية الضارة وعقوابها الخطيرة.
إنخفاض عدد وشدة الكوارث الطبيعية الناتجة عن الإنحباس الحراري.
عدم تشكل الأمطار الحامضية التي تلحق الضرر بكافة المحاصيل الزراعية و أشكال الحياة.
الحد الكبير من تشكل وتراكم النفايات الضارة بكافة أشكالها ( الغازية والسائلة والصلبة ).
حماية كافة الكائنات الحية وخاصة المهددة بالإنقراض.
حماية المياه الجوفية والأنهار والبحار والثروة السمكية من التلوث.
المساهمة في تأمين الأمن الغذائي.
زيادة إنتاجية المحاصيل الزراعية نتيجة تخلصها من الملوثات الكيميائية والغازية .

6/الإحتباس الحراري و تاثيراته على البيئة
يمكن تعريف ظاهرة الاحتباس الحراري على أنها الزيادة التدريجية في درجة حرارة أدنى طبقات الغلاف الجوي المحيط بالأرض كنتيجة لزيادة انبعاثات غازات الصوبة الخضراء منذ بداية الثورة الصناعية ، وغازات الصوبة الخضراء والتي يتكون معظمها من بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، والميثان، وأكسيد النيتروز والأوزون هي غازات طبيعية تلعب دورًا مهمًا في تدفئة سطح الأرض حتى يمكن الحياة عليه، فبدونها قد تصل درجة حرارة سطح الأرض ما بين 19 درجة و15 درجة سلزيوس تحت الصفر، حيث تقوم تلك الغازات بامتصاص جزء من الأشعة تحت الحمراء التي تنبعث من سطح الأرض كانعكاس للأشعة الساقطة على سطح الأرض من الشمس، وتحتفظ بها في الغلاف الجوي للأرض؛ لتحافظ على درجة حرارة الأرض في معدلها الطبيعي..

في الحقيقة سمعنا ان ظاهرة الاحتباس الحراري ستؤدي الى ذوبان الثلوج بجزيرة غرينلاند مما يؤدي إلى رفع مستوى مياه المحيط الأطلسي أكثر من سبعة أمتار، وسيغرق بالكامل جزيرة مانهاتن وولاية فلوريدا الأميركيتين وشنغهاي بالصين وكلكتا بالهند ودولة بنغلاديش. وبسبب الحر سينقرض أكثر من ألف نوع من الحيوانات بحلول عام 2050

7/الإستعمال الوجيه للموارد الطاقوية و تأثيراته على البيئة (الجزائر )
يعتبر مشكل التلوث البيئى من أهم المواضيع التي تشغل العالم في السنوات الأخيرة، بالنظر الى حجم الكوارث الطبيعية المسجلة سنويا حيث أن ارتفاع درجة حرارة الكرة الأرضية نتيجة انبعاث الغازات الدفيئة يعتبر الدول الصناعية النامية منها مسئولة على هذه الظاهرة، حيث أن العالم بأسره يولى أهمية كبرى للمسائل البيئية مما أدى إلى إدماج هذه الانشغالات في السياسة القطاعية، و البرنامج الحكومي لكل دولة وذلك لمكافحة الظواهر المترتبة عن التلوث البيئي ومخلفات القطاع الصناعي المستخدم لمسببات الاحتباس الحراري وغيره من التلوث البيئي للحفاظ على البيئة في إطار ما يسمى بالتنمية المستدامة.
ويتمحور الاستعمال الوجيه للموارد الطاقوية أساسا حول:
•ترقية الاقتصاد في الطاقة وتطهير و إعادة تأهيل المناطق الملوثة.
•تطوير الطاقات المتجددة.
•تطوير التسيير البيئي على مستوى الطاقة و المناجم.
كما يظهر جليا الأهمية المولاة لترقية استعمال الغاز الطبيعي من خلال السياسة الطاقوية المتبعة المبنية أساسا على الخيارات التالية:
•الاستعمال الأقصى للغاز الطبيعي، في الاستعمالات الأولية و الاستهلاك النهائي الذي يغطي احتياجات الصناعة، الأشخاص، النقل و الخدمات.
•تطوير استعمال غاز البترول المسال.
•إنتاج الطاقة الكهربائية بنسبة 95 بالمائة من الغاز الطبيعي و توجيهه للاستعمالات المتخصصة.
•التخفيض التدريجي لحصة المواد البترولية في ميزان الطاقة والتي يتم توجيهها للتصدير.
•الاستعمال المحدود للحطب الذي يحفز الحفاظ على الثروة الغابية.
م/ن