نبذة تعريفية عن قانون “حفظ الطاقة”

2011 طاقة الحركة والوضع – فهم التغيرات داخل الأنظمة الفيزيائية

جنيفر فيغاس

KSAG

قانون حفظ الطاقة الفيزياء

قد تختلف الآلات عن بعضها من حيث الحجم، لكن تشغيلها يخضع لقوانين الطاقة ذاتها.

ويشبه ذلك الفرق بينك وبين بقية زملائك في الصف. مع أن كل طالب منكم يختلف عن الآخر، لكنكم جميعاً تعملون بطريقة متماثلة من حيث المبدأ.

ويستخدم الأطباء حالات التشابه بالطريقة ذاتها لفهم مرضاهم، كما يستخدم الفيزيائيون قوانين الطاقة لفهم الأنظمة المختلفة الموجودة على الأرض وفي الكون الفسيح. ويُعدّ قانون حفظ (بقاء) الطاقة أحد أهم قوانين الطاقة في علم الفيزياء.

 

حفظ الطاقة

يحتوي الكون بأكمله، وفقاً لقانون حفظ الطاقة (أو بقاء الطاقة)، على كمية محددة من الطاقة، ولا يمكن لهذه الكمية أن تتغير أبداً، والمقصود بذلك أن الطاقة لا تفنى ولا تُستحدثُ من عدم، وكل ما نستطيع القيام به لا يتعدى تحويل الطاقة من شكل إلى آخر.

وبالنسبة للوقود الأحفوري، فإن كمية الطاقة التي استخدمتها النباتات بالأصل لإنتاج طاقة وضع في الوقود ذاته تساوي الكمية الإجمالية لمختلف أشكال الطاقة المستنفذة عند حرق الوقود.

كي نفهم قانون حفظ (بقاء) الطاقة لا بدّ لنا من النظر في تحولات الطاقة التي تحدث بعد قيامنا بالتدريبات الرياضية أو عند تنفيذ بعض المهام المنزلية.

 

وتقوم أجسامنا بتحويل الطعام إلى طاقة تمدّنا بالنشاط، وتتحرر هذه الطاقة على شكل طاقة حركية أثناء تحركنا، غير أن مقدار الطاقة التي نحصل عليها من الطعام الذي نتناوله لا يساوي طاقتنا الحركية.

إذ إن مقداراً كبيراً من الطاقة يتحرر على شكل حرارة، والحرارة في حدّ ذاتها شكلٌ من أشكال الطاقة، وهذا يفسر أحد أسباب إحساسنا بالحرارة بعد ممارستنا الجري لفترة من الزمن.

حيث يقوم الجسم بحرق كمية من السعرات الحرارية تفوق حاجته الحركية، ما يؤدي إلى التخلص من كمية الطاقة الزائدة على شكل حرارة.

 

بما أن الحرارة عبارة عن طاقة فإنها تُختزن أيضاً، وعلى سبيل المثال قد تضع طبقاً من الحساء الساخن على مائدة الطعام عند وجبة الغداء.

لكن إذا خرجت من الغرفة لفترة من الزمن للرد على مكالمة هاتفية أو لقضاء حاجة ما، ثم عدت لتناول طعامك ستجد أن طبق الحساء أصبح أقل سخونة مما كان عليه قبل أن تغادر.

إلا إذا كانت درجة حرارة الغرفة مساوية لدرجة حرارة الحساء، ويعود سبب ذلك إلى أن الهواء داخل الغرفة يكون قد امتص الحرارة المنبعثة على شكل بخار من الحساء.

 

وبما أن مساحة الغرفة أكبر من طبق الحساء، فمن المحتمل أنك لن تشعر بأي اختلاف في درجة حرارة الغرفة مع أن الطاقة الحرارية لم تختف بصورة كاملة.

تميل الأنظمة عموماً إلى زيادة عامل العشوائية فيها، ويُطلق على هذا السلوك اسم "الإنتروبيا" (أو القصور الحراري)، والذي يُمكن وصفه أيضاً بالدرجة التي تكون فيها الطاقة داخل النظام غير متاحة كي تتحول إلى شغل، فعندما ندير مفتاح الضوء.

 

مثلاً، تنتج الطاقة الكهربائية المستخدمة الضوء والحرارة، وإذا تركنا الضوء في حالة تشغيل لفترة من الزمن سنشعر بالحرارة عند وضع يدنا قرب المصباح، وسيقوم الهواء داخل الغرفة بامتصاص هذه الحرارة. إن الطاقة المنتظمة، كالكهرباء التي أردنا من خلالها تشغيل الضوء.

ينتج عنها أيضاً طاقة غير منتظمة تتمثل بهدر الحرارة التي تصدر عن معظم العمليات. ويبحث الفيزيائيون في الوقت الراهن عن طرائق يستطيعون من خلالها الحد من هدر الحرارة، أو تحويلها وإعادتها إلى طاقة منتظمة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]