Skip to content

سلسلة الكهرباء والطاقة المتجددة (1) : ما هي الطاقة الكهربائية؟ وما هي مصادرها؟

 

ما هو تعريف الطاقة؟


تعني الطاقة بمفهومها العام القدرة على القيام بنشاطٍ ما، أما فيزيائيًا فتعني القدرة على إنجاز الشغل، أو القدرة على التأثير بقوةٍ على جسمٍ ما لتحريكه، ووحدّة قياسها هي (الجول). وفقًا لقانون حفظ الطاقة، فالطاقة لا تفنى ولا تُستحدث، وإنَّما تتحوّل من شكلٍ لآخر، فما هي أشكال الطاقة؟

للطاقةِ أشكالٌ عدّة من بينها:

 
1- الطاقة الحركيّة: هي الطاقة التي تمتلكها الأجسام جرّاء حركتها من موقعٍ لآخر.

2- طاقة الوضع: وهي الطاقة المُختزنة التي تعتمد على المواقع النسبيّة لعناصر النظام.

3-
 الطاقة الحراريّة: هي طاقة داخليّة تمتلكها الأجسام في حال تواجدها بحالة اتزان ديناميكيّ حراريّ.


4- الطاقة الكهربائيّة: هي الطاقة التي تتولد بفعل حركة الشحنات الكهربائيّة السالبة التي تُدعى إلكترونات.


5- الطاقة الكيميائيّة: هي الطاقة المختزنة في الروابط التي تنشأ بين المركبات الكيميائيّة.

6- الطاقة النوويّة: وتُدعى أيضًا بالطاقة الذريّة، وتعني الطاقة التي تتحرر بفعل العمليّات التي تؤثر على النوى الذريّة.


ما هي الطاقة الكهربائيّة؟


هي الطاقة التي تنشأ بفعل حركة (جريان) الشحنات الكهربائيّة المدعوّة بالإلكترونات، فكلّما تحرّكت هذه الإلكترونات بسرعةٍ أكبر، كلما كانت كميّة الطاقة الكهربائيّة التي تحملها أكبر.  قد تكون الطاقة الكهربائيّة إما طاقة وضع أو طاقةً حركيّة، ولكنّها غالبًا ما تكون طاقة وضع. تمتلك الجسيمات المشحونة الموجودة ضمن مجالٍ كهربائيّ طاقةً مُختزنة، والمجال الكهربائيّ هو الحيّز الذي يظهر فيه تأثير القوّة الكهربائيّة، وينشأ من داخل الشحنات الكهربائيّة وينتشر حولها ويؤثر بدوره بقوةٍ على الشحنات الكهربائيّة الأُخرى فيُسبب حركتها، عندما تتحرك هذه الشحنات تُنجز ما يُعرف بالشغل، ومن تعريف الطاقة الذي ورد مسبقًا (القدرة على إنجاز الشغل)، يمكننا تعريف الطاقة الكهربائيّة على أنَّها تلك الطاقة المختزنة داخل الشحنات الكهربائيّة الموجودة ضمن مجالٍ كهربائيّ، في حال سكون هذه الشحنات تكون هذه الطاقة (طاقة وضعٍ كهربيّة).
أما القوّة الواردة في تعريف الطاقة الثاني (القدرة على التأثير بقوةٍ على جسمٍ ما لتحريكه) فهي القوّة التي تنشأ بين الشحنات الكهربائيّة المختلفة وتتسبب بحركتها (متنافرة أو متجاذبة).

يبيّن الشكل في الأعلى خطوط المجال المغناطيسيّ، حيث تكون هذه الخطوط خارجة من الشحنة النقطيّة الموجبة وداخلة في الشحنة النقطيّة السالبة.

 

كيف تولَّد الطاقة الكهربائيّة؟

اكتشف العالم البريطانيّ مايكل فاراداي في عشرينيات القرن التاسع عشر طريقةً لتوليد الكهرباء باستخدام المجال المغناطيسيّ، وذلك عندما قام بتمرير قضيب معدنيّ موصل للشحنة من خلال قطبيّ مغناطيس، تسببت هذه الحركة بتدفق الإلكترونات السالبة عبر طرفيّ القضيب المعدنيّ مما ولّد تيارًا كهربائيًا. يُسمى توليد الكهرباء بهذه الطريقة الحثُّ الكهرومغناطيسيّ، وهي أكثر الطرق استخدامًا لتوليد الطاقة الكهربائيّة في محطّات التوليد. تستخدم هذه المحطات مصادرًا متعدّدة للطاقة اللازمة لتشغيل المولّدات الكهروميكانيكيّة، وتنقسم هذه الطاقة إلى قسمين: الطاقة المتجددة والطاقة غير المتجددة. تشمل مصادر الطاقة غير المتجدّدة كلٌ من: الغاز الطبيعيّ والفحم الحجريّ والطاقة النووية والنفط، أمّا تلك المتجدّدة فتشمل: طاقة الرياح وطاقة المياه (الطاقة الكهرومائيّة) والطاقة الشمسيّة. 

لنبدأ أولاً بمصادر الطاقة غير المتجدّدة:

1- توليد الطاقة الكهربائيّة عبر حرق الوقود

يولَّد الجزء الأكبر من الكهرباء التي نستخدمها في العالم اليوم عبر حرق الفحم الحجريّ أو حرق النفط أو الغاز الطبيعيّ، تُستخدم الحرارة الناتجة من حرق أنواع الوقود الواردة سابقًا لتسخين المياه، وذلك بهدف إنتاج بخار الماء الساخن والذي يوظَّف بدوره لتحريك التوربينات التي تبدأ بالدوران مولدةً الكهرباء.



2- توليد الطاقة الكهربائيّة نوويًا
تعتمد بعض الدول بشكلٍ أساسيّ على الطاقة الكهربائيّة التي تُنتج في محطات الطاقة النوويّة، فكيف يتم إنتاج الكهرباء فيها؟
تستخدم هذه المحطات اليورانيوم والبلوتونيوم في عمليّة إنتاج الكهرباء، حيث تتم مفاعلة هذه العناصر الثقيلة معًا لتبدأ سلسلة من التفاعلات النووية التي تُنتج حرارةً مرتفعة تُستخدم لتسخين المياه، بعد تسخين المياه يتم توظيف بخار الماء الساخن لتحريك التوربينات التي تبدأ بالاستدارة لتوليد الكهرباء بطريقة الحث الكهرومغناطيسيّ.






المصادر المتجددة

3- توليد الطاقة الكهربائيّة باستخدام الطاقة الكهرومائيّة
تسمى الطاقة الكهربائيّة التي يتم توليدها من الماء بالطاقة الكهرومائيّة، ويقوم مبدأ عمل هذه الطريقة على تسخير طاقة جريان المياه لتدوير شفرات التوربينات الكهرومائيّة الموضوعة في مجرى المياه، والتي تقوم بدورها بتشغيل المحرّك الموجود داخل المولد الكهرومغناطيسيّ لإنتاج الكهرباء.


من الأمثلة على محطّات التوليد التي تستخدم هذه الطريقة، محطّة سد هوفر -الواقع في الولايات المتحدة- التي تزوّد أكثر من 1.3 مليون شخص سنويًا الكهرباء التي تنتجها باستخدام 19 توربينًا كهرومائيًا.

4- توليد الطاقة الكهربائيّة باستخدام طاقة الرياح 

تقوم محطّات توليد الطاقة الكهربائيّة بتحويل الطاقة الميكانيكيّة التي تنشأ بفعل تحريك الرياح لشفرات التوربينات إلى طاقةٍ كهربائيّة، إذ تقوم الرياح بتدوير طاحونة الهواء والتي تقوم بدورها بتحريك العمود الدوّار الموجود في المولّد الكهرومغناطيسيّ.


مشروع الفجيج لطاقة الرياح بقدرة 89 ميغاواط – الأُردن


5- توليد الطاقة الكهربائيّة باستخدام الطاقة الشمسيّة
يمكن توليد الطاقة الكهربائيّة من الطاقة الشمسيّة بإحدى طريقتين الأولى هي تركيز الأشعّة الشمسيّة باستخدام العدسات والمرايا لتسخين سائل أو نوع زيت مُعيّن ذو درجة غليان منخفضة بهدف تسخين المياه لتوليد الكهرباء بطريقة الحثِّ المغناطيسيّ. أما الطريقة الثانيّة فتقوم بتحويل الطاقة الشمسيّة إلى طاقةٍ كهربائيّة باستخدام الخلايا الكهروضوئيّة، تحتوي كل خليّة من هذه الخلايا على لوحين رقيقين من السيليكون، إحداهما سالب والآخر موجب، عند سقوط الفوتونات الشمسيّة على اللوح العلويّ من السيليكون تقوم بتحرير الإلكترونات بعد منحها الطّاقة اللازمة لفكِ ارتباطها مع خلايا السيليكون (الظاهرة الكهروضوئيّة)، وبذلك تصبح الإلكترونات حرّة الحركة. بعد أن تتحرر الإلكترونات تنجذب إلى لوح السيليكون ذو الشحنة الموجبة، وبذلك يتولّد فرق جهد كهربائيّ يُمكن جمعه وتوجيهه ليصبح تيارًا كهربائيًا.

رسم توضيحي للظاهرة الكهروضوئيّة. تُمثل الخطوط الحمراء المتعرجة الأشعّة الشمسيّة الساقطة التي تتكوّن من الفوتونات (جزيئات الضوء) والتي تقوم بتحويل طاقتها إلى الإلكترونات بعد ارتطامها بها، بعد التصادم تكتسب الإلكترونات الطاقة اللازمة للتحرر من الخليّة، فتصبح حرّة الحركة.

ألواح شمسيّة



تدقيق علمي
atom
تدقيق لغوي
edit
تصميم
ترجمة
Error: Profile not defined!