قانون حفظ الطاقة

ينطبق قانون حفظ الطاقة (بالإنجليزية: Conservation of Energy) على الأنظمة المعزولة (بالإنجليزية: Isolated systems)، وهي الأنظمة التي لا تتبادل الطاقة مع محيطها، وينص قانون حفظ الطاقة على أن الطاقة في الأنظمة المعزولة لا تفنى ولا تستحدث من العدم، ولكن من الممكن أن تتحول من شكلٍ إلى آخر خلال عمليات التحول التي تحدث بفعل الطبيعة أو بتدخل بشري، ولكنها لا تفنى قطعًا وإنما تتحول إلى نوع آخر من الطاقة، كتحولها من طاقة ميكانيكية إلى طاقة حرارية مثلًا.[١][٢]

تبادل الطاقة بين الأنظمة

تُقسم الأنظمة في الطبيعة إلى قسمين هما:


الأنظمة المفتوحة

الأنظمة المفتوحة (بالإنجليزية: Open systems) هي الأنظمة التي تسمح بتبادل المادة والطاقة بينها وبين محيطها، أو بينها وبين نظامٍ آخر، ومن الأمثلة على الأنظمة المفتوحة: أن جسم الإنسان يحصل على الطاقة الكيميائية عبر الطعام، ثم يتبادلها في بيئته المحيطة عن طريق قيامه بمجموعة من الأنشطة، كالحركة، والكلام، والركض، والتنفس.[٢]


الأنظمة المغلقة

الأنظمة المغلقة (بالإنجليزية: Closed systems) هي الأنظمة التي لا تسمح بتبادل المادة مع محيطها، ولكن بعضها يسمح بتبادل الطاقة فقط، ومن الأمثلة على الأنظمة المغلقة: الفرن المغلق الذي يسمح بتبادل الطاقة الحرارية بينه وبين محيطه لكنه لا يسمح بتبادل المادة.[٢]


أمثلة على قانون حفظ الطاقة

فيما يأتي بعض الأمثلة العملية على قانون حفظ الطاقة:

  • تصادم الجسيمات (بالإنجليزية: Particle collisions): وهو ما يعرف بالتصادم المرن (بالإنجليزية: Elastic)، وفيه يكون مجموع الطاقة الحركية للجسيمات قبل التصادم يساوي مجموع الطاقة الحركية للجسيمات بعد التصادم، أي أن الطاقة محفوظة.[٣]
  • تأرجح البندول (بالإنجليزية: Pendulum swing): وهو أيضًا واحد من الأمثلة على قانون حفظ الطاقة، فعندما يتأرجح البندول إلى الأعلى ويصل إلى أعلى نقطة يمكن أن يصلها، فإن طاقته الحركية تصبح صفرًا وتتحول إلى طاقة كامنة (بالإنجليزية: Potential energy)، ثم يعود للهبوط مجددًا في أجزاء من الثانية لتتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية ليسكن البندول بعد ذلك، وتصبح الطاقة مجددًا طاقةَ كامنة، مع ثبوت مقدار الطاقة المتحوّلة.[٣]
  • الاحتكاك (بالإنجليزية: Friction): ينطبق قانون حفظ الطاقة على الاحتكاك أيضًا، فعند انزلاق قطعة من الطوب على مستوى مائل فإن الطاقة الكامنة تتحول إلى طاقة حركية، بينما يقوم الاحتكاك بإبطاء سرعتها تدريجيًّا لحين إيقافها، مما يؤدي إلى تحول الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية (بالإنجليزية: Thermal energy).[٣]
  • المولّدات (بالإنجليزية: Generators): في المولدات يتم تحويل الطاقة الميكانيكيّة (بالإنجليزية: Mechanical energy) إلى طاقة كهربائية (بالإنجليزية: Electrical energy) دون حدوث ضياع للطاقة الإجمالية.[٤]
  • احتراق الوقود (بالإنجليزية: Fuel combustion): عند احتراق الوقود تتحول الطاقة الكيميائية (بالإنجليزية: Chemical energy) الناتجة عن تفاعل المواد المحترقة إلى طاقة ضوئية وحراريّة (بالإنجليزية: Heat and light energy) يمكن الاستفادة منها.[٤]
  • محطات الطاقة الكهرومائية (بالإنجليزية: Hydroelectric power plants): في محطات الطاقة الكهرومائية تنتج الطاقة الكهربائية نتيجة لدوران المحركات (بالإنجليزية: Turbines) بفعل شلّالات المياه الساقطة من الأعلى فتتحول الطاقة الكامنة الموجودة في المياه إلى طاقة حركية تحرّك المحركات التي تقوم بدورها بتحويل هذه الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.[٥]

المراجع

  1. ↑ "Law of conservation of energy", ucalgary, Retrieved 26/7/2021. Edited.
  2. ^ أ ب ت "The laws of thermodynamics", khan academy, Retrieved 26/7/2021. Edited.
  3. ^ أ ب ت "Conservation of energy", britannica, Retrieved 26/7/2021. Edited.
  4. ^ أ ب "What is the Law of Conservation of Energy?", byjus, Retrieved 26/7/2021. Edited.
  5. ↑ "Hydroelectric Power: How it Works", usgs, Retrieved 26/7/2021. Edited.