الطاقة و طبيعتها : العلاقة بين طاقة الوضع و طاقة الحركة (الطاقة الحركية)

الطاقة و طبيعتها : العلاقة بين طاقة الوضع و طاقة الحركة (الطاقة الحركية):

إن جميع الكائنات في الكون مصنوعة من المادة ، لكن المادة وحدها لا تكفي لوصف سلوك العالم الذي يحيط بنا. فالماء في بحيرة جبال الألب و الماء المغلي الموجود في الوعاء مصنوعان من نفس المادة، و لكن جسمك سيشعر بحاسة مختلفة تمامًا إذا وضعت يدك في كل منهما و هذا يرجع الى الفرق بين الاثنين في محتوى الطاقة. فالماء المغلي لديه طاقة أكبر من الماء البارد. و لفهم الكيمياء ، يجب علينا أيضًا فهم الطاقة والتغيرات في الطاقة المصاحبة للعمليات الكيميائية.

و على عكس المادة فإن الطاقة ليست لها كتلة ولا يمكن الاحتفاظ بها في أيدينا ، ولكن يمكن ملاحظة آثارها و يمكن قياسها أيضا.

تعرف الطاقة بأنها القدرة على القيام بالشغل أو نقل الحرارة. و الشغل هو الطاقة المنقولة عندما تتسبب قوة تُمارس على جسم ما بإزاحتة ، وتكون الحرارة هي الطاقة المستخدمة للتسبب في زيادة درجة حرارة الجسم . وعلى الرغم من أن درجة حرارة جسم ما تكون سهلة الاستخدام بالنسبة لمعظم الأشخاص ، إلا أن تعريف الشغل أقل وضوحًا. فنحن نعرّف الشغل w ، كمنتج للقوة التي تمارس على الكائن F، والمسافة d ، التي يتحركها:

w = F × d

 

حيث يتم تعريف القوة على أنها أي ضغط أو سحب يمارس على الكائن. و من الأمثلة الشائعة على ذلك الجاذبية و تجاذب طرفي مغناطيسيين مختلفي الأقطاب .فعندما تقوم برفع جسم من على الأرض فإن ذلك يتطلب شغلا و ايضا عندما تقوم بفصل طرفي مغناطيسيين متجاذبين فإن ذلك ايضا يتطلب شغلا .

الطاقة الحركيـة و طاقة الوضـع

لفهم الطاقة ، نحتاج إلى فهم شكلين أساسيين للطاقـة و هما الطاقة الحركيـة و طاقة الوضع . فيمكن للأجسام سواء كانت سيارات أو كرات كرة القدم ، أو حتى الجزيئات، أن تمتلك طاقة حركيـة ، أي الطاقة للحركـة . و يعتمد مقدار الطاقة الحركيـة، E_k ، لكائن ما على كتلته m ، و سرعته v:

E_k = ½ mv²

وبالتالي ، تزداد الطاقة الحركيـة لجسم ما مع زيادة سرعته أو تسارعه. فمثلا ، السيارة التي تتحرك بسرعة 65 ميلًا في الساعة (ميل / ساعة) تمتلك طاقة حركية أكبر من سيارة تتحرك بسرعة 25 ميلًا في الساعة. كما أن عند ثبوت السرعة فإن الطاقة الحركية تزداد مع زيادة الكتلة. وبالتالي ، فإن الشاحنة الكبيرة التي تسير بسرعة 65 ميلاً في الساعة لديها طاقة حركية أكبر من دراجة نارية تسير بنفس السرعة لأن الشاحنة لديها كتلة أكبر.

في الكيمياء ، نحن مهتمون بالطاقة الحركية للذرات والجزيئات. و على الرغم من أن هذه الجسيمات صغيرة للغاية بحيث لا يمكن رؤيتها إلا أن لها كتلة وحركة وبالتالي تمتلك طاقة حركية. و عندما يتم تسخين مادة ما ، سواء كان وعاء من الماء على الموقد أو من وعاء من الألومنيوم موضوعا تحت الشمس ، فإن الذرات والجزيئات في تلك المادة تكتسب طاقة حركية و بالتالي يزداد متوسط سرعتها. لذلك فإننا نرى أن نقل الحرارة هو و ببساطة نقل الطاقة الحركية على مستوى الجزيئات.

يتم تصنيف جميع أشكال الطاقة الأخرى سواء الطاقة المخزّنة في نابض ممتد أو في وزن موضوع فوق رأسك أو في الرابطة كيميائية – على أنها طاقة وضع . فالجسم لديه طاقة وضع بحكم موقعه بالنسبة إلى الأجسام الأخرى. و الطاقة الكامنة هي في جوهرها الطاقة “المخزنة” التي تنشأ من عوامل الجذب و التنافر التي يواجهها الجسم فيما يتعلق بالأجسام الأخرى.

نحن على دراية بالعديد من الحالات التي يتم فيها تحويل طاقة الوضع إلى طاقة حركية. فمثلا الكرة الموضوعة في قمة التل فإنه و نظرًا لقوة الجاذبية التي تجذب الكرة، فإن طاقة الوضع للكرة في قمة التل تكون أعلى مقارنةً بالقاع. و عندما تتدحرج الكرة إلى أسفل و مع زيادة السرعة فإن طاقة الوضع تقل و في نفس الوقت تزداد الطاقة الحركية . و هذا المثال يوضح بأن الطاقة الحركية و طاقة الوضع قابلة للتبادل فيما بينها قابلة .

تلعب قوى الجاذبية دورًا مهملاً في الطرق التي تتفاعل بها الذرات والجزيئات مع بعضها البعض. فالقوى التي تنشأ عن الشحنات الكهربائية تكون أكثر أهمية عند التعامل مع الذرات والجزيئات. أحد أهم أشكال طاقة الوضع في الكيمياء هو الطاقة الوضع الكهروستاتيكية ، والتي تنشأ نتيجة التفاعلات بين الجسيمات المشحونة.

فمن المعلوم أن الشحنات المعاكسة تجذب بعضها البعض و الشحنات المتشابهة تنافر بعضها البعض، و عليه تزداد قوة هذا التفاعلات مع زيادة حجم الشحنات ، وتنخفض كلما زادت المسافة بين الشحنات..
إن أحد أهدافنا في الكيمياء هو ربط التغيرات في الطاقة التي شوهدت في العالم المجهري بالطاقة الحركية أو الوضع للمواد على مستوى الجزيئات.

فالعديد من المواد ، كالوقود مثلا تحرر طاقة عندما تتفاعل. فالطاقة الكيميائية للوقود هي بسبب طاقة الوضع المخزنة في ترتيب ذرات الوقود. و كما سنعلم لاحقا يتم تحرير الطاقة الكيميائية عندما تتشكل الروابط بين الذرات ، ويتم استهلاكها عند كسر الروابط بين الذرات.

و عندما يحترق الوقود ، يتم تكسير بعض الروابط وتشكيل بعضها الآخر و لكن التأثير الصافي هو تحويل الطاقة الوضع الكيميائية إلى طاقة حرارية ، أي الطاقة المرتبطة بدرجة الحرارة. فالزيادة في الطاقة الحرارية تنشأ عن زيادة الحركة الجزيئية وبالتالي زيادة الطاقة الحركية على المستوى الجزيئي.

 

 

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

 

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play

1 – تطبيق ملصقات الجدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرة في نفس الوقت كل عنصر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2

 

2 – تطبيق ملصقات كيميائية: ملصقات بتصميم جميل جدا للكواشف و الأدلة و الزجاجيات المستخدمة في المختبر و كذلك ملصقات و بطاقات لخزانات حفظ المواد و الأدوات الزجاجية .

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir

 

3 – إذا كنت تواجه صعوبة في تحضير المحاليل الكيميائية الأكثر شيوعا في مختبرات الكيمياء و الاحياء، فهذا التطبيق سوف يساعدك كثيرا في تحضير المحاليل :