قانون طاقة الوضع الكهربائية

قانون طاقة الوضع الكهربائية

قانون طاقة الوضع الكهربائية يعتبر قانون طاقة الوضع الكهربائية من أهم القوانين الرياضية والفيزيائية، حيث أنه يعتمد على وضعية الجسم بالنسبة النسبية لباقي الاجسام في نفس النظام المحيط به، لذلك كان علينا أن نقوم بشرحه بالتفصيل من خلال هذا المقال.

تعريف طاقة الوضع

  • يتم تعريف طاقة الوضع أو الطاقة الكامنة بالجسم على أنها الطاقة المخزنة داخل الأجسام، والتي تعتمد على وضع الجسم النسبي نسبة إلى بقية الأجسام في النظام ذاته.
  • كما أن النبض تمتلك طاقة وضع كبيرة عندما يكون مضغوطاً أو ممتداً، والكرة الفولاذية تمتلك طاقة وضع أكبر وهي على ارتفاعات عالية منها وهي على سطح الأرض، وطاقة الوضع هي خاصية للنظام بأكمله وليست للأجسام بصفة فردية.

حيث يمكن احتساب قانون طاقة الوضع عند رفع كتلة ما بمقدار مسافة معينة من الأرض، فإن القانون الذي يتم من خلاله حساب طاقة الوضع لهذا الجسم هو:

  • طاقة الوضع=الكتلة×ارتفاع الجسم×تسارع الجاذبية الأرضية.
  • أما النبض، فإن قوة النبض تحسب باستخدام قانون الصقر، لأن قوة النبض تتناسب تناسباً مباشراً مع مقدار الضغط وتمدّد النبض، والقانون هو: قوة النبض = قوة النبض س وفي هذه الحالة، تسمى قوة الموقع بقوة الموقع بواسطة الجاذبية، لأن الطاقة التي تمتلكها تعود إلى موقعها العمودي، وكلما زادت كتلة الجسم التي تكتسبها الجاذبية. السهم يسحب في المقدمة: في هذه الحالة، تسمى طاقة الدولة ذات النمط المرن، وهي الطاقة التي تحصل عليها نتيجة توسعها وضغطها. 

القانون المتعلق بالطاقة الوضعية

 عندما ترفع كتلة إلى مسافة معينة من الأرض، هو القانون الذي تحسب به الطاقة الوضعية للجسم هو:

  • الطاقة الوضعية = الكتلة س ارتفاع الجسم س تسارع جاذبية الأرض. وفيما يتعلق بالنبض، تحسب طاقة الوضع باستخدام قانون هوك. 
  • حيث تكون طاقة الوضع متناسبة بشكل تدريجي مع ضغط النبض وتمدده، والقانون هو: طاقة الوضع = كمية النبض الثابت س أو الامتداد هما مثالين لطاقة الوضع. وتتجلى طاقة الوضع في العديد من أمثلة الحياة اليومية، بما في ذلك:
  • كرة ثابتة فوق جدول  تسمى طاقة الوضع طاقة الجاذبية لأن طاقتها ترجع إلى موقعها الرأسي، وكلما زادت طاقة الموقع الذي تكتسبه من الجاذبية.
  • سحب السهم في القوس  في هذه الحالة، طاقة الموقع المرن التي تُكتسب نتيجة تمدُّده وضغطه، وفي حالة المواد المرنة، تزداد طاقة الحالة مع التوسع. 
  • إن الروابط الكيميائية التي تمتلكها الذرات نتيجة لتغاير أو تقارب الإلكترونات في الذرة تحتوي على طاقة تحويل كهربائياً معبرة عنها بالكهرباء. 
  • أشكال الطاقة التي تعتمد على الوضع تخزين الأشياء التي تحتوي على طاقة في أجسامها بطرق عديدة قبل إطلاق الطاقة الكامنة.

علاقة الطاقة الحركية وطاقة الوضع الكهربائية 

عندما يكون جسم ما متحركا تحمل كمية من الطاقة، كما تدل على ذلك حقيقة أن الجسم قادر على إحداث تغيير أو عمل، وتعرف هذه الطاقة بالطاقة الحركية، وهناك العديد من الأمثلة على أشياء ذات طاقة حركية، مثل رصاصة سريعة، شخص يمشي، والأشعة الكهرومغناطيسية مثل الضوء. 

  • حالة الطاقة في حالة الكرة غير المتحركة، على سبيل المثال، ليس لها طاقة حركية، ولكن إذا رُفعت وأُلقيت على سيارة فإنها ستسبب ضرراً لأن الطاقة ترتبط بها، وكمية هذه الطاقة تعكس مقدار الضرر الناتج. 
  • تنتج الطاقة الميكانيكية بحركة الأشياء، أو بوجودها في موقع معين، وهي مجموع الطاقة الحركية وطاقة الموقع، مثلا، عندما تنتقل السيارة من اعلى تلة، تكون طاقتها حركية وطاقة فورية.

الطاقة الميكانيكية وعلاقتها بطاقة الوضع الكهربائية

تنتج الطاقة الميكانيكية بحركة الأشياء أو بوجودها في موقع معين، وهي مجموع الطاقة الحركية وطاقة الموقع، مثلا، عندما تنتقل السيارة من اعلى تلة، تكون طاقتها حركية وطاقة فورية. 

الطاقة الكهرومغناطيسية و طاقة الوضع الكهربائية

المعروفة أيضاً بالطاقة الإشعاعية من الموجات الضوئية والأمواج الكهرومغناطيسية وأي شكل من أشكال الضوء له طاقة كهرومغناطيسية، تشمل الراديو وأشعة غاما والأشعة السينية وأجهزة الموجات الصغرية والأشعة فوق البنفسجية. 

الطاقة الأيونية طاقة الوضع الكهربائية 

هي الطاقة التي تربط الإلكترونات نواة الذرات أو الأيونات أو الجزيئات، ومن الأمثلة على ذلك الطاقة الأيونية الأولى اللازمة لإزالة إلكترون واحد، والطاقة الأيونية الثانية اللازمة لإزالة إلكترونين، وهي أكبر من الطاقة الأيونية الأولى. 

أشكال أخرى من الطاقة

هناك العديد من أشكال الطاقة الأخرى، بما في ذلك:

الطاقة الحرارية

  • الطاقة الحرارية هي نتيجة اختلاف درجات الحرارة بين نظامين مختلفين ؛ مثلا، أن فنجان القهوة الساخنة له طاقة حرارية من داخل الفنجان ومن البيئة المحيطة به.

 الطاقة الكيميائية

  • تنتج الطاقة الكيميائية نتيجة للتفاعلات الكيميائية بين الذرات أو الجزيئات ؛ مثل الطاقة الكيميائية الموجودة في الخلايا الكهروكيميائية، أو البطاريات. 

الطاقة النووية

  •  الطاقة الناتجة عن التغيرات في نواة الذرة، أو عن التفاعلات النووية مثل الانشطار النووي و الانصهار النووي والتحلل النووي. 

الطاقة الصوتية

  • الطاقة المستمدة من الموجات الصوتية، ويمكن نقل الموجات الصوتية عبر الهواء، أو أي واسطة أخرى، مثل صوت الإنسان. 

تحدث تحولات متعددة في الطاقة من أجل الحصول على شكل يسخر في تحولات طاقة متعددة، على سبيل المثال:

 تحولات في الطاقة في متطابقة

  •  يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية تحفز الجزيئات لإطلاق الطاقة الكيميائية المخزونة، والتي بدورها تحول إلى طاقة حرارية أكثر وطاقة كهرمغنطيسية تظهر كضوء مرئي. 

تحولات طاقة المحركات

 تنتج شرارة من الطاقة الكهربائية في المحرك، فتطلق الطاقة الكيميائية المخزنة في الوقود، ويؤدي ذلك إلى تمدد الوقود والضغط على أجزاء السيارة، والضغط المستمر والمتزايد على أجزاء السيارة لإدارة العجلات مع تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية. دورة الديزل: 

تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية بعد سلسلة من التفاعلات مثل دورة رانكين داخل التوربينات البخارية: حيث تحول أشكال متعددة من الطاقة إلى طاقة كهربائية بعد سلسلة من التفاعلات مثل:

  • الطاقة الكيميائية (الطاقة الحرارية (الطاقة الميكانيكية)). 
  • الطاقة النووية
  •  (الطاقة الحرارية (الطاقة الميكانيكية)) 
  • الطاقة الشمسية (الطاقة الحرارية (الطاقة الميكانيكية) 
  • الطاقة الحرارية الأرضية -دورة برايتون
  •  (الطاقة الحرارية (الطاقة الميكانيكية) في العنفات الغازية أو المحركات النفاثة:
  •  ينطوي ذلك على تحويل أشكال متعددة من الطاقة إلى طاقة كهربائية بعد سلسلة من التفاعلات مثل الطاقة الكيميائية، الطاقة الحرارية، الطاقة الميكانيكية.

تعريف الطاقة الكهربائية 

  • الطاقة هي القدرة على إنجاز عمل ما أو تطبيق قوة معينة على جسم لتحريكه، وتعرف الطاقة الكهربائية بأنها الطاقة التي التي يتم إنتاجها من تدفق الشحنات الكهربائية من خلال توربينات الحركة. 
  • ويمكن تعريفها كذلك بأنها الطاقة المخزنة في جسيمات مشحونة داخل مجال كهربائي وهو المنطقة التي تحيط الجسيم المشحون، وتستخدم الطاقة الكهربائية قوة الجذب والتنافر بين الجسيمات المشحونة لتحريكها وإنجاز العمل فهي من الطاقات الهامة للبشرية بأكملها.
  •  يتم تصنيف الطاقة بشكل عام إلى فئتين إما طاقة حركية، وهي طاقة الجسم أثناء حركته والتي تتزايد بازدياد سرعته، أو طاقة كامنة وهي ما يتم تخزينه من طاقة في جسم أو مادة بسبب موضعه أو حالته، فعند تغييرهما تتحرر هذه الطاقة المخزنة، ولكن الطاقة الكهربائية غالباً ما تكون على شكل طاقة كامنة.

وفي النهاية، فإن قانون طاقة الوضع الكهربائية، يعتمد على إنتاج الطاقة بشكل كبير وهو من القوانين الهامة التي تعتمد على كتلة الجسم وسرعته وكذلك علاقتهم بقوة الجذب الارضية

أترك تعليق