6.1:
أساسيات الطاقة
6.1:
أساسيات الطاقة
تتضمن التفاعلات الكيميائية، مثل تلك التي تحدث عند إشعال عود ثقاب، تغيرات في الطاقة بالإضافة إلى المادة.
إن التغيرات الكيميائية والتغيرات المصاحبة لها في الطاقة تشكل أجزاءً مهمة من الحياة اليومية. تخضع المغذيات الكبيرة في الطعام لتفاعلات استقلابية توفر الطاقة للحفاظ على عمل الأجسام. ويتم حرق مجموعة متنوعة من أنواع الوقود (البنزين، والغاز الطبيعي، والفحم) لإنتاج الطاقة اللازمة للنقل، والتدفئة، وتوليد الكهرباء. تستخدم التفاعلات الكيميائية الصناعية كميات هائلة من الطاقة لإنتاج المواد الخام (مثل الحديد والألومنيوم). ثم تستخدم الطاقة لتصنيع هذه المواد الخام إلى منتجات مفيدة، مثل السيارات وناطحات السحاب والجسور.
إن أكثر من 90% من الطاقة التي يستخدمها البشر تأتي في الأصل من الشمس. ففي كل يوم تزودنا الشمس بالأرض بنحو عشرة آلاف ضعف كمية الطاقة اللازمة لتلبية كل احتياجات العالم’s من الطاقة لهذا اليوم. ويظل التحدي متمثلاً في إيجاد سبل لتحويل وتخزين الطاقة الشمسية القادمة بحيث يمكن استخدامها في التفاعلات أو العمليات الكيميائية التي تكون ملائمة وغير ملوثة. تلتقط النباتات والعديد من البكتيريا الطاقة الشمسية من خلال عملية البناء الضوئي. يطلق البشر الطاقة المخزنة في النباتات عند حرق الخشب أو الفحم أو النفط أو منتجات أخرى من النباتات مثل الإيثانول. وهم يستخدمون هذه الطاقة أيضاً لإذكاء أجسامهم من خلال تناول الطعام الذي يأتي مباشرة من النباتات.
الكيمياء الحرارية
تسمى الأفكار الأساسية لمجال علمي مهم يتعلق بكمية الحرارة الممتصة أو المنطلقة أثناء التغيرات الكيميائية والفيزيائية، بالكيمياء الحرارية. وتستخدم هذه المفاهيم على نطاق واسع في كل المجالات العلمية والتقنية تقريبا. يستخدم علماء الغذاء الكيمياء الحرارية لتحديد محتوى الطاقة للأطعمة. يدرس علماء الأحياء حيوية الكائنات الحية، مثل الاحتراق الاستقلابي للسكر في ثاني أكسيد الكربون والماء. إن صناعات النفط والغاز والنقل، ومقدمي الطاقة المتجددة، والعديد من الصناعات الأخرى، تسعى إلى إيجاد طرق أفضل لإنتاج الطاقة لتلبية الاحتياجات التجارية والشخصية. ويسعى المهندسون جاهدين لتحسين كفاءة الطاقة، وإيجاد طرق أفضل لتسخين وتبريد المنازل، وتبريد الأغذية والمشروبات، وتلبية احتياجات أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية من الطاقة والتبريد، من بين تطبيقات أخرى. إن فهم مبادئ الكيمياء الحرارية يشكل ضرورة أساسية للكيميائيين، والفيزيائيين، وعلماء الأحياء، والجيولوجيا، وكل نوع من المهندسين، وكل شخص يدرس أي نوع من العلوم أو يقوم به.
الطاقة
يمكن تعريف الطاقة بأنها القدرة على إمداد الحرارة أو العمل. وأحد أنواع العمل (w) عملية التسبب في تحرك المادة ضد قوة متعارضة. على سبيل المثال، عند نفخ إطار دراجة هوائية، يتم تحريك — المادة (الهواء الموجود في المضخة) مقابل القوة المتعارضة للهواء الموجود في الإطار بالفعل.
ومثل هذه المادة، تأتي الطاقة في أشكال مختلفة. يصنّف أحد المخططات الطاقة إلى نوعين: الطاقة المحتملة والطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب موقعه النسبي أو تكوينه أو حالته والطاقة الحركية، الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته.
فالماء الموجود أعلى الشلال أو السد له طاقة محتملة بسبب موقعه؛ وعندما يتدفق لأسفل عبر المولدات، فإنه يتمتع بطاقة حركية يمكن استخدامها في العمل وإنتاج الكهرباء في محطة كهرومائية. البطارية لديها طاقة محتملة لأن المواد الكيميائية الموجودة فيها يمكنها إنتاج الكهرباء التي يمكن أن تعمل.
تم اقتباس هذا النص من OpenStax Chemistry 2e, Section 5.1: Energy Basics.