books energy transformations

يُعرَّف تحوُّل الطاقة (بالإنجليزية: Energy Conversion) على أنّه تحوُّل أشكال الطاقة التي يتمّ الحصول عليها مباشرةً من الطبيعة إلى أشكالٍ أخرى يتمّ الاستفادة منها من قِبل الإنسان، وتحدث عملية تحوّل الطاقة في معظم العمليات التي تحدث في الكون وبشكلٍ مستمر، ومن عمليات تحويل الطاقة ما يأتي:

• تحويل الطاقة الشمسيّة إلى طاقة كيميائيّة في النباتات عن طريق عملية البناء الضوئي، إذ تحتاج عملية البناء الضوئي إلى كلٍّ من أشعة الشمس، والماء، وثاني أكسيد الكربون لتصنيع الغذاء.
• تحويل الطاقة الميكانيكيّة لمياه الشلالات إلى طاقة كهرومغناطيسيّة في المولّدات.
• تحويل الطاقة الكيميائيّة المختزنة في البنزين إلى طاقة حراريّة ثمَّ إلى طاقة حركيّة لتحريك السيارة.
• تحويل الطاقة الشمسيّة إلى طاقة كهربائيّة عن طريق الخلايا الشمسيّة، والاستفادة من تلك الطاقة في الإضاءة أو تشغيل الأجهزة.

يُذكر أنّه عند تحويل أحد أشكال الطاقة إلى شكلٍ آخرٍ بأيّة طريقة فإنّ كمية الطاقة بالشكل الأوليّ لها تكون مُساويةً لكمية الشكل الجديد للطاقة، فالطاقة محفوظة خلال أيّ نظام يتمّ فيه تحويل الطاقة من شكلٍ لآخر، كما تنطوي بعض عمليات تحويل الطاقة على تحويل أُحادي للطاقة، وبعضها ينطوي على تحوّلات متعددة للطاقة.

التحوّلات الأحادية للطاقة

يتمّ تحويل أحد أشكال الطاقة إلى شكلٍ آخر من أجل الاستفادة من الشكل الجديد في التحوّلات الأُحادية، حيث تتمّ عملية التحويل بشكلٍ مباشر خلال خطوة واحدة، ومن الأمثلة التي توضّح بعض التحوّلات الأحادية ما يأتي:

• تحويل الطاقة الكهربائيّة إلى طاقة حراريّة في المحمصة الكهربائيّة من أجل تحميص الخبز.
• تحويل الطاقة الكهربائيّة إلى طاقة كهرومغناطيسيّة في الهاتف من أجل إتمام المكالمات.
• تحويل الطاقة الكيميائيّة المُخزّنة في الطعام بعد تناوله إلى طاقة حركيّة في جسم الإنسان تُحرِّك العضلات.
• تحويل الطاقة الكيميائيّة في الطعام بعد تناوله إلى طاقة حراريّة داخل الجسم من أجل الحفاظ على درجة حرارته.
• تحويل الطاقة الكهرومغناطيسيّة إلى طاقة كهربائيّة داخل الخلايا الكهروضوئيّة.
• تحويل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة كهربائيّة داخل البطاريّات.
• تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية داخل المُبرّدات الحراريّة.
• تحويل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة كهربائيّة في عمليات توليد الكهرباء بالضغط (بالإنجليزية: Piezoelectric).

التحولات المتعددة للطاقة

يتمّ حدوث سلسلة من التحوّلات من أجل الحصول على شكلٍ يتمّ الاستفادة منه في التحوّلات المتعددة للطاقة، ومن الأمثلة عليها ما يأتي:

• تحوّلات الطاقة في عود الثقاب: حيث يتمّ تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية تُحفّز الجزيئات لإطلاق طاقتها الكيميائيّة المخزّنة، والتي بدورها تتحوّل إلى مزيد من الطاقة الحراريّة وإلى طاقة كهرومغناطيسيّة تظهر كضوء مرئي.
• تحوّلات الطاقة في محرّك السيارة: يتمّ إنتاج شرارة من الطاقة الكهربائيّة في المحرّك تُحرّر الطاقة الكيميائية المختزنة في الوقود؛ ممّا يؤدّي إلى تمدد الوقود والضغط على أجزاء السيارة، ويؤدّي الضغط المستمر والمتزايد على أجزاء السيارة إلى انعطاف العجلات نتيجة تحويل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة ميكانيكيّة.
• دورة الديزل: وفيها يتمّ تحويل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة ميكانيكيّة بعد مرورها بسلسلة من التفاعلات كالآتي:
  • طاقة كيميائيّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة ميكانيكيّة.
• دورة رانكن داخل التوربينات البخاريّة: والتي يتمّ فيها تحويل أشكال متعددة للطاقة إلى الطاقة الكهربائيّة بعد مرورها بسلسلة من التفاعلات كالآتي:
  • طاقة كيميائيّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة.
  • طاقة نوويّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة.
  • طاقة شمسيّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة.
  • الطاقة الحراريّة الجوفيّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة.
• دورة برايتون داخل التوربينات الغازيّة أو المحرّكات النفاثّة: والتي يتمّ فيها تحويل أشكال متعددة للطاقة إلى طاقة كهربائية بعد مرورها بسلسلة من التفاعلات كالآتي:
  • طاقة كيميائيّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة.
  • طاقة نوويّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة.
  • طاقة شمسيّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة.
• تحويل الطاقة الميكانيكيّة التي تمتلكها الرياح، والأمواج، والمد والجزر إلى طاقة كهربائيّة: وذلك بعد مرورها بسلسلة من التفاعلات كالآتي:
  • طاقة حركية ← طاقة ميكانيكية ← طاقة ميكانيكية ← طاقة ميكانيكية ← طاقة كهربائية.