منتدى مدرسة ابو بكر الصديق الابتدائية ( محلة زياد )

تعليم وجودة

    بحث عن الطاقة الحرارية

    شاطر

    mostafa
    Admin

    عدد المساهمات: 84
    تاريخ التسجيل: 11/03/2010

    بحث عن الطاقة الحرارية

    مُساهمة  mostafa في الجمعة مارس 11, 2011 5:40 am

    مقدمة عن الطاقة :-
    الطاقة هي المقدرة على القيام بعمل ما. وهناك صور عديدة للطاقة، يتمثل أهمها في الحرارة والضوء. الصوت أيضا عبارة عن طاقة. و هناك" الطاقة الميكانيكية" التي تولدها الآلات، و"الطاقة الكيميائية" التي تتحرر عند حدوث تغيرات كيميائية..
    كمية الطاقة الموجودة في العالم ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث، وإنما تتحول من شكل إلى آخر. وعندما يبدو أن الطاقة قد استنفذت، فإنها في حقيقة الأمر تكون قد تحولت إلى صورة أخرى لهذا نجد أن الطاقة هي قدرة المادة للقيام بالشغل( الحركة)\ن كنتيجة لحركتها أو وضعها بالنسبة للقوي التي تعمل عليها .فالطاقة التي يصاحبها حركة يطلق عليها طاقة حركية kinetic energy . والطاقة التي لها صلة بالوضع يطلق عليها طاقة كامنة (جهدية أو مخزنة ) potential energy . فالبندول المتأرجح به طاقة جهدية في نقاطه النهائية . وفي كل أوضاعه النهائية له طاقة حركية وطاقة جهدية في أوضاعه المختلفة .
    والطاقة توجد في عدة أشكال كالطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية والطاقة الديناميكية الحرارية والطاقة الكيميائية والطاقة الكهروبائية والطاقة الإشعاعية والطاقة الذرية . وكل أشكال هذه الطاقات قابلة للتحويل الداخلي بواسطة طرق مناسبة . والطعام الذي نتاوله ،به طاقة كيماوية يخزنها الجسم ويطلقها عندما نعمل أو نبذل مجهودا.

    التفسير الجزيئي للطاقة الحرارية :-
    تتكون المادة من جزيئات في حالة حركة مستمرة وبذلك يكون لها طاقة حركة KE ويوجد بينها قوى متبادلة ويفصلها عن بعضها مسافات , وبذلك يكون لها طاقة وضع PE ,وعند خفض درجة حرارة المادة بالتبريد فإن سرعة جزيئاتها تقل وكذلك المسافات البينية 0 وعند درجة -273.15 سيليزي تسكن جزيئات المادة 0 وعلى ذلك فالحرارة التي توجد في المادة يرجع معظمها إلى طاقة حركة جزيئاتها0 ومجموع طاقات حركة جزيئات المادة ∑ KE وطاقات وضعها ∑ PE يطلق عليها اسم الطاقة الداخلية ويرمز لها بالرمز u
    أثر الحرارة على المواد :-
    يجب أن نعرف اولا أن المادة تتكون من جزيئات في حالة حركة مستمرة ونتيجة حركة هذه الجزيئات فان للجزيئات طاقة حركة ونتيجة قوة الجذب المتبادلة بين الجزيئات فان لها طاقة وضع ومجموع هاتين الطاقتين يطلق عليهما اسم الطاقة الداخلية.
    التمدد الحراري للأجسام Thermal expantion
    يتوقف مقدار تمدد المادة بالتسخين على مقدار قوى التماسك بين جزيئاتها, فالمادة الصلبة يكون مقدار تمددها بالتسخين صغيرا جدا نظرا لكبر قوى التماسك بين جزيئاتها,في حين أن تمدد السوائل يكون أكبر من تمدد الأجسام الصلبة بالتسخين , أما الغازات فيكون تمددها بالتسخين أكبر بكثير من السوائل لأن قوى التماسك بين جزيئات الغاز تكاد تكون معدومة0

    التمدد ( الخطي الطولي) للأجسام الصلبةLiner expantuion
    تختلف قوى التماسك بين جزيئات المواد الصلبة باختلاف انواعها 0لذلك يختلف مقدار الزيادة في الطول-أي التمدد الطولي بالتسخين.
    تمدد السوائل :-
    عرفنا أن الاجسام الصلبة تتمدد خطيا وسطحيا وحجميا لأن لها شكل ثابت. أما السوائل فليس لها شكل ثابت بل تأخذ شكل الاناء الحاوي لها وتحتفظ بحجومها لذلك فان السوائل تتميز بنوع واحد من التمدد هو التمدد الحجمي ويتوقف مقدار التغير في حجم سائل عندما يكتسب مقدارامعين من الطاقة الحرارية
    الطاقة الحرارية من اشكال الطاقة ، يتم انتقالها عن طريق المس أو الاشعاع أو الحمل.حيث يتم الإنتقال الحراري دائما من الجسم الساخن إلى البارد.كما يمكن لانتقال الطاقة الحرارية أن يتسبب برفع درجة حرارة جسم معين.كما يمكنه تغيير الحالة الفيزيائية لجسم بسبب تأثيرات النقل الحراري أو الانتقال الحراري.
    الطاقة :هي كل ما يمدنا بالنور ويعطينا الدفء وينقلنا من مكان إلى آخر ، وتتيح استخراج طعامنا من الأرض وتحضيره وتضع الماء بين أيدينا ويدير عجلة الألات التي تخدمنا .
    - وهي قدرة المادة على إعطاء قوى قادرة على إنجاز عمل معين.
    - وهي مقدرة نظام ما على إنتاج فاعلية أو نشاط خارجي (ماكس بلانك )
    - وهي كيان مجرد لا يعرف إلا من خلال تحولاته
    - وهي عبارة عن كمية فيزيائية تظهر على شكل حرارة أو شكل حركة ميكانيكية أو كطاقة ربط في أنوية الذرة بين البروتون والنيترون .

    أنواع الطاقة:

    1الطاقة الكيميائية : وهي الطاقة التي تربط بين ذرات الجزيئ الواحد بعضها ببعض في المركبات الكيميائية . وتتم عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية عن طريق إحداث تفاعل كامل بين المركب الكيميائي وبين الأكسجين لتتم عملية الحرق وينتج عن ذلك الحرارة . وهذا النوع من الطاقة متوفر في الطبيعة ، ومن أهم أنواعه النفط والفحم والغاز الطبيعي والخشب .

    2-الطاقة الميكانيكية : وهي الطاقة الناتجة عن حركة الأجسام من مكان لآخر حيث أنها قادرة نتيجة لهذه الحركة على بذ ل شغل والذي يؤدي إلى تحويل طاقة الوضع ( potential energy ) إلى طاقة حركة (kinetik energy ) ، والأمثلة الطبيعية لهذا النوع من الطاقة هي حركة الرياح وظاهرة المد والجزر ، ويمكن أن تنشأ الطاقة الميكانيكية بتحويل نوع آخر من الطاقة إلى آخر ، مثل المروحة الكهربائية " تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية " .

    3-الطاقة الحرارية : وتعتبر من الصور الأساسية للطاقة التي يمكن أن تتحول كل صور الطاقة إليها ، فعند تشغيل الألات المختلفة باستخدام الوقود ، تكون الخطوة الأولى هي حرق الوقود والحصول على طاقة حرارية تتحول بعد ذ لك إلى طاقة ميكانيكية أو إلى نوع من أنواع الطاقة .

    ولا تتوفر الطاقة الحرارية بصورة مباشرة في الطبيعة إلا في مصادر الحرارة الجوفية .

    4-الطاقة الشمسية : وهي مصدر للطاقة لا ينضب ، ولكنها تصل إلينا بشكل مبعثر وتحتاج إلى تقنية حديثة (خلايا شمسية ) لتجميعها والاستفادة منها ، وهي مصدر نظيف فلا ينتج عن استعماله أي غازات أو نواتج ضارة للبيئة كما هو الحال في انواع الوقود الأخرى .
    5- الطاقة النووية : وهي الطاقة التي تربط بين مكونات النواة ( البروتونات أو النيترونات ) وهي تنتج نتيجة تكسر تلك الرابطة وتؤدي إلى إنتاج طاقة حرارية كبيرة جدا .

    6-الطاقة الكهربائية : حيث لا يوجد مصدر طبيعي للكهرباء ، والسبب في ذ لك أن جميع المواد تكون متعادلة كهربائيا ، والطاقة الكهربائية لا تنشأ إ لا بتحويل نوع من أنواع الطاقة إلى طاقة كهربائية مثل تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية كما هو الحال في المولد الكهربائي ، أو تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية كما هو الحال في البطاريات .

    7-الطاقة الضوئية : هي عبارة عن موجات كهرو مغناطيسية تحتوي كل منها على حزم من الفوتونات ، وتختلف الموجات الكهرو مغناطيسية في خواصها الفيزيائية باختلاف الأطوا ل الموجية ، ومن الأمثلة عليها الأشعة السينية : وهي عبارة عن أشعة غير مرئية ذات طول موجي قصير جدا وتستخدم في المجال الطبي ، وكذ لك أشعة جاما : وهي أشعة لا تتأثر بالمجالات الكهربائية أو المغناطيسية ولها القدرة على النفاذ وتعتبر من الأشعة الخطرة .
    مصادر الطاقة

    بترول
    هو عبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في الطبقة العليا من القشرة الأرضية. وأحيانا يسمى نافثا، من اللغة الفارسية ("نافت" أو "نافاتا" والتي تعني قابليته للسريان)
    وهو يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات، وخاصة من سلسلة الألكانات، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية ([ إحصائيات الطاقة في العالم]). البترول هو المادة الخام لعديد من المنتجات الكيماوية، بما فيها الأسمدة، مبيدات الحشرات، اللدائن.
    وقود
    الوقود له أنواع مختلفة من أهمها الوقود الأحفوري، وهو الذي يشمل كل من النفط والفحم والغاز, والذي أستخدم بإسراف منذ القرن الماضي ولا يزال يستخدم بنفس الإسراف مع ارتفاع أسعاره يوما بعد يوم مع أضراره الشديد للبيئة. ومثله وقود السجيل وهو مثل النفط يكون مخلوط مع الرمال.
    من أنواع الوقود الأخرى هو الوقود الخشبي والذي يغطي استخدامه حوالي 6% من الطاقة الأولية العالمية.، و هناك الوقود المستخرج من النفايات الحيوانية أو المياه الثقيلة للمجاري حيث بالمستطاع استخدام هذه النفايات في توليد الطاقة بالاعتماد عليها بعد عمليات التخمير، وتستخدم في العديد من دول العالم معالجة المياه الثقيلة للاستفادة من الغازات المنبعثة لأغراض توفير الطاقة.
    من الطرق الحديثة والنظيفة في توفير الوقود النظيف يمكن أن يكون من نباتات الأشجار سريعة النمو، أو بعض الحبوب أو الزيوت النباتية أو المخلفات الزراعية أو بقايا قصب سكر ، أمكن تحويل بعض منتجات السكر إلى كحول لاستخدامه كوقود للسيارات وكذلك زيت النخيل ويتميز هذا النوع من الوقود بأنه يقلل من التلوث، حيث لا حاجة هناك لاستعمال الرصاص في مثل هذا النوع من الوقود لرفع أوكتان الوقود كما هو الحال في البنزين المستحصل عليه من النفط الأحفوري ومن ثم فإنه بنزين خال من الرصاص.
    هناك الوقود النووي وتحطه الكثير من المشاكل والقوانين الضابطة والتي قد لا تخلو من ازدواجية في المعايير وإجحاف بالسماح لاستخدامها على البعض, ناهيك في خطورة استخدامها وتأثيرها السيئ على البيئة.

    طاقة شمسية
    تعتبر الطاقة الشمسية الطاقة الأم فوق كوكبنا حيث تنبعث من أشعتها كل الطاقات فوقه . لأنها تسير كل ماكينات و آلية الأرض بتسخين الجو المحيط واليابسة وتولد الرياح وتصريفها ، وتدفع دورة تدوير المياه ، و تدفيء المحيطات ،و تنمي النباتات وتطعم الحيوانات . و مع الزمن تكون الوقود الإحفوري في باطن الأرض . وهذه الطاقة يمكن تحويلها مباشرة أو بطرق غير مباشرة لحرارة و برودة و كهرباء و قوة محركة .وأشعة الشمس أشعة كهرومغناطيسية.و طيفها المرئي يشكل 49% و الغير مرئي كالأشعة الفوق بنفسجية يشكل 2% و الأشعة دون حمراء 49%. و الطاقة الشمسية تختلف حسب حركتها و بعدها من الأرض.
    و تختلف كثافة أشعة الشمس و شدتها فوق خريطة الأرض حسب فصول السنة فوق نصفي الكرة الأرضية و بعدها عن الأرض و ميولها و وضعها فوق المواقع الجغرافية طوال النهار أو خلال السنة, و حسب كثافة السحب التي تحجبها. لأنها تقلل أو تتحكم في كمية الأشعة التي تصل لليابسة . عكس السماء الصحوة الخالية من السحب أو الأدخنة. وأشعة الشمس تسقط علي الجدران والنوافذ واليابسة والبنايات والمياه, وتمتص الأشعة وتخزنها في كتلة (مادة) حرارية Thermal mass. وهذه الحرارة المخزونة تشع بعد ذلك داخل المباني . وتعتبر هذه الكتلة الحرارية نظام تسخين شمسي يقوم بنفس وظيفة البطاريات في نظام كهربائي شمسي(الفولتية الضوئية ).فكلاهما يختزن حرارة الشمس لتستعمل فيما بعد.
    و المهم معرفة أن الأسطح الغامقة تمتص الحرارة و لا تعكسها كثيرا ، لهذا تسخن . عكس الأسطح الفاتحة التي تعكس حرارة الشمس لهذا لا تسخن . و الحرارة تنتقل بثلاث طرق ،إما بالتوصيل conduction من خلال مواد صلبة, أو بالحمل convection من خلال الغازات, أوالسوائل ، أو بالإشعاع radiation. و من هنا نجد الحاجة لإنتقال الحرارة بصفة عامة لنوعية المادة الحرارية التي ستختزنها, لتوفير الطاقة و تكاليفها .لهذا توجد عدة مباديء يتبعها المصممون لمشروعات الطاقة الشمسية, من بينها قدرة المواد الحرارية المختارة, علي تجميع وتخزين الطاقة الشمسية حتي في تصميم البنايات واختيار مواد بنائها حسب مناطقها المناخية سواء في المناطق الحارة أو المعتادة أو الباردة . كما يكونون علي بينة بمساقط الشمس علي المبني و البيئة من حوله كقربه من المياه واتجاه الريح والخضرة ونوع التربة,والكتلة الحرارية التي تشمل الأسقف والجدران و خزانات الماء. كل هذه الإعتبارات لها أهميتها في إمتصاص الحرارة أثناء النهار و تسربها أثناء الليل.
    هناك مصادر للطاقة نظيفة يمكن استخدامها كوقود بديل ومنها:
    •الطاقة الشمسية.
    •طاقة الرياح.
    •طاقة المد والجزر.
    •الطاقة المستمدة من حرارة الأرض الجوفية.


      الوقت/التاريخ الآن هو الأحد نوفمبر 23, 2014 8:34 pm