مبدأ حفظ الطاقة
يشيرُ مبدأ حفظ الطاقة إلى أن الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث ولكن يتم انتقالها من شكل إلى آخر، ونظرًا لأهمية الطاقة الكهربائية في العصر الحالي الحديث والمعتمد بشكل أساسي في تشغيل التكنولوجيا خاصته عليها، والتي اعتاد العالم الصناعي على استعمال الوقود الأحفوري في توليدها، ولكن الوقود الأحفوري باتجاه النفاذ، فقد لجأوا إلى تطبيق مبدأ حفظ الطاقة وفكروا في الحصول على الطاقة الكهربائية من مصادر متجددة أخرى، وفي هذا المقال سيتم التطرق إلى كيفيّة توليد الطاقة الكهربائية من الماء. توليد الطاقة الكهربائية من الماء
يعبِّر مصطلح الطاقة الكهرومائية عن الطاقة الكهربائيّة الناتجة عن تحويل طاقة الوضع الكامنة في المياه والشلالات والأمواج والسدود إلى طاقة حركية، ثم تحويل الأخيرة إلى طاقة كهربائية، وعادة ما تُستعمل السدود في توليد الكهرباء، وفي الخطوات الآتية كيفية توليد الطاقة الكهربائية من الماء:
توليد الطاقة الكهربائية من السدود:
في البداية يمتلك الماء في مجرىً مائي معين طاقة وضع كامنة مُحتفظ بها بداخله. يتم بناء حاجز مائي ضخم أو ما يسمّى بالسد لحجز الماء الجاري من جريانه، وبذلك تكمن طاقة الوضع في داخله.
توليد طاقة كهربائية ومنزلية
مبدأ عمل المولد الكهربائي
تنتج الطاقة الكهربائية عن طريق تطبيق مبدا حفظ الطاقة، بتحويل شكل أو أكثر من أشكال الطاقة إلى الشكل الكهربائي، والجهاز الرئيس الذي يقوم بهذه العملية هو المولد الكهربائي، ويشار إلى أن المولد الكهربائي لا يستحدث الطاقة الكهربائية من تلقاء نفسه، وإنما يعمل على تحويلها من شكل لآخر عن طريق استخدام إحدى طرق توليد الطاقة الكهربائية. عن طريق مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، فإن وجود مجال مغناطيسي يعني وجود تيار كهربائي، أي عند لف سلك كهربائي يسري به تيار حول قضيب معدني موصل، فإنه سيتشكل على طرفي القضيب قطبي مغناطيس، وبالتالي تتحول هذه القطعة غير الممغنطة إلى مغناطيس، وكذلك الحال في حال لف سلك موصل حول مغناطيس، فإنه سينتج تيار كهربائي يسري داخل هذا السلك، ولكن يُحتاج إلى طاقة للف هذا السلك كي ينتج الكم الكبير من التيار الكهربائي ، فيتم استعمال الطاقة الحركية أو الحرارية أو الضوئية وغيرها للف الملفات، وبالتالي توليد الطاقة الكهربائية.
يتم أولاً النظر إلى الإستهلاك الوسطي السنوي للكهرباء، ومن ثم يتم اختيار الحد الأدنى من سعة الإستهلاك هذه بشكل لا يتم فيه خلق سعة غير فعالة. يجب أن يكون الهدف الأول هو تحديد السعة الموجهة لإستهلاك الكهرباء. أنظمة الإنتاج الثلاثي للطاقة:
من الممكن انتاج الماء البارد بهدف التبريد وذلك من خلال تمرير البخار أو الماء الساخن الذين ينتجان معاً عبر الطاقة الكهربائية الناجمة عن أنظمة الإنتاج الثلاثي للطاقة على نظام يُدعى "" apsorption chiller مبرد إمتصاص"". وتم اطلاق اسم ""الانتاج الثلاثي للطاقة"" على هذا النظام المصمم بهذا الشكل لقدرته على انتاج ثلاثة أشكال من الطاقة في نفس الوقت وهي الطاقة الكهربائية والحرارية وطاقة التبريد. من الممكن أن تقوم وحدات مبردات الإمتصاص أيضاً بانتاج الماء الساخن من أجل الإستخدام والتدفئة حسب الحاجة. أكسا لتوليد الطاقة | التوليد المشترك. عندما تكون درجات حرارة الغاز الداخل والخارج في مبرد الإمتصاص الذي يعمل بالغاز العادم مباشرةً 260 و 115 درجة مئوية، تكون درجة حرارة ماء التبريد (الماء المبرّد chilled water) 7 و 12 درجة مئوية. ميزات التوليد المشترك للطاقة و الإنتاج الثلاثي للطاقة:
• امكانية انتاج ماء بارد أو زيت ساخن، أو غاز ساخن، أو بخار، أو ماء ساخن بحسب الحاجة في نفس الوقت وأثناء توليد الكهرباء.
يتنبأ النموذج القياسي ( Standard Model) بأن للجاذبية تأثيرًا مشابهًا على كل من المادة والمادة المضادة. ومع ذلك لم يتم رؤية ذلك بعد، وتحاول اليوم تجارب مثل AEGIS، وALPHA، وGBAR العمل بجد لمعرفة ذلك. رصد تأثير الجاذبية على المادة المضادة ليس بالأمر السهل كبساطة رؤية تفاحة تسقط من شجرة، فهذه التجارب تحتاج إلى احتجاز المادة المضادة في مصيدة، أو إبطائها عبر تبريدها إلى درجات حرارة قريبة جدًا من الصفر المطلق. وبما أن الجاذبية هي أضعف القوى الأربع الأساسية، يجب أن يستخدم الفيزيائيون جسيمات مادة مضادة حيادية في تلك التجارب لمنع التداخل الناجم عن القوة الكهربائية الأقوى بكثير. تجري دراسة المادة المضادة في مبطّئ الجسيمات
مبطئات الجسيمات (decelerators)
في الواقع سمعت عن مسرعات الجسيمات، لكن هل تعلم بوجود مبطئات الجسيمات ( decelerators) أيضاً؟ تضم منظمة الأبحاث النووية الأوروبية "سيرن" آلة تُعرف بمبطّئ البروتون المضاد ( Antiproton Decelerator)، وهي عبارة عن حلقة تخزين يُمكنها أسر وإبطاء البروتونات المضادة بهدف دراسة خواصها وسلوكها. في مسرعات الجسيمات الدائرية مثل مصادم الهادرونات الكبير ( LHC)، تحصل الجسيمات على دفعة من الطاقة في كل مرة تُنجز فيها دورة كاملة.
ما هي الماده 308
وبسبب فناء المادة المضادة مباشرة عند التقائها بالمادة، فإن جسيماتها ذات عمر قصير جدًا. تمكن البشر من صنع كمية صغيرة من المادة المضادة
فناء المادة-المادة المضادة لديه القدرة على إطلاق كمية كبيرة من الطاقة. حيث يستطيع غرام واحد من المادة المضادة أن يؤدي إلى انفجار بحجم قنبلة نووية، وعلى أي حال لم يُنتج البشر إلا كمية ضئيلة من المادة المضادة، إذ يبلغ إجمالي البروتونات المضادة ( antiprotons) المصنوعة في مسرّع الجسيمات "تيفاترون" الموجود في مختبر فيرمي 15 نانوغرام فقط، أما إجمالي ما صُنع في سيرن فلا يتجاوز حوالي 1 نانوغرام، ويصل ما تم إنتاجه من البوزيترونات إلى 2 نانوغرام تقريبًا في مسرع ديسي ( DESY) في ألمانيا. لقد دُمرت جميع المادة المضادة التي صنعها الإنسان بشكلٍ آني، وما نتج عن ذلك من طاقة لن يكفي حتى لغلي فنجان شاي. تكمن المشكلة في كفاءة وتكلفة إنتاج المادة المضادة وتخزينها. فإنتاج1 غرام من المادة المضادة قد يتطلب تقريبًا 25 مليون مليار كيلو واط ساعي من الطاقة، وتكاليف تتجاوز مليون مليار دولار. هناك شيء يشبه مصيدة المادة المضادة
مصيدة المادة المضادة
لدراسة المادة المضادة عليك منع فنائها عند التقائها بالمادة، وقد صنع العلماء طرقًا لفعل ذلك.
ما هي المادة المضادة
ما هي حالات المادة؟
ما هي حالات المادة (أو مراحل المادة)؟ كم يبلغ عددها؟ كيف تنتقل المواد من حالة إلى أخرى؟
الجواب: إن أبسط طريقة لوصف حالة المادة هي أنها تُشير إلى مقدار الحرارة الموجودة داخل جزيئات المادة، وكلما ازدادت الحرارة ازدادت حركة الجزيئات وأصبح من الصعب عليها أن تبقى قريبة من بعضها البعض. تعتمد حالة المادة على كل من درجة الحرارة والضغط في مادة معينة. هناك في الأساس 5 حالات للمادة:
غاز
سائل
صلب
بلازما
ميوعة فائقة superfluid (مثل تكاثف بوز-أينشتاين Bose-Einstein Condensate). تصل إلى الثلاث حالات الأولى فقط (الصلبة والسائلة والغازية) من خلال التجربة العادية. تعتبر البلازما حالة المادة الأكثر وفرة في الكون، لأنها الحالة الموجودة داخل النجوم التي تمر بالاندماج النووي. إنّ كرة البرق أو البرق الكروي Ball lightning هو مثال على البلازما التي تتجلى على الأرض. توجد الميوعة الفائقة في أنواع معينة من الجزيئات عندما يتم تبريدها إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، وعندها تبدأ التأثيرات الكمية في الظهور. مراحل الانتقال إلى حالات مختلفة
يمكن أن تمر المواد بعدد من مراحل التحول بين حالاتها:
التكثيف - الغاز إلى السائل
تجمد - سائل إلى صلب
انصهار - صلب إلى سائل
التسامي - صلب لغاز
التبخر - السائل أو الصلب للغاز.
ما هي المادة
و للمخلوط ثلاثة صور هي:
عنصر مع عنصر مثال برادة الحديد مع مسحوق
الخارصين. عنصر مع مركب مثال الأكسجين الذائب بالماء. مركب مع مركب مثال الملح المذاب في الماء. تركيب المادة:
تتركب المادة من أجزاء صغيرة جداً تسمي
جزيئات و الجزيئات بدورها تتركب من أجزاء أصغر منها تسمى الذرات. ما هو تعريف الجزيء ؟
الجزيء:أصغر جزء في المادة عنصر أو مركب
تتضح فيه خواصالمادة ، ويوجد على حالة انفراد. مثال جزيء الكلور ثنائي الذرات مثال جزيء الأوزون ثلاثي الذرات
ما هي الذرة ؟
الذرة:أصغر جزء في العنصر يمكن أن يدخل
في التفاعل الكيميائي دون أن ينقسم. مثال ذرة الكربون - ذرة الحديد تجربة حالات المادة
ما هي المادة الوراثية
خصائص المادّة خصائص المادّة هي: الخصائص الكهربائيّة، الناقليّة الكهربائيّة، والسماحيّة، وثابت العازل، وشدّة العزل، والثوابت الكهروضغطيّة. الخصائص الحراريّة، الموصل الحراري، ومعامل الانتشار، والانبعاثيّة، ومعامل التمدّد الحراري، والحرارة النوعيّة، وحرارة التبخّر، وحرارة الانصهار، والاشتعال، وضغط البخار، ودرجة الحرارة الحرجة، ونقطة الانصهار، ودرجة حرارة الاشتعال الذاتي. الخصائص المغناطيسيّة، المغناطيسيّة المسايرة، والمغناطيسيّة المعاكسة، والمغناطيسيّة الحديديّة، والمغناطيسيّة الحديديّة المضادة. الخصائص الضوئيّة، انكسار الضوء، وانعكاس الضوء، وسرعة الضوء، والتداخل، وحيود الضوء. الخصائص الصوتيّة، انكسار الصوت، وامتصاص الصوت، وانعكاس الصوت، وسرعة الصوت. الخصائص الإشعاعيّة، عمر النصف، وأشعّة بيتا، والأشعّة السينيّة، أشعّة جاما، واشعاع شيرينكوف. الخصائص الذريّة. الخصائص الفيزيائيّة. الخصائص التصنيعيّة. الخصائص البيولوجيّة. الخصائص البيئيّة. الخصائص الميكانيكيّة، معامل يونج، والمرونة، ومقاومة الشدّة، ومقاومة الانضغاط، ومقاومة القصّ، ومقاومة الخضوع، وقابليّة الطرق، والانفعال عند الانهيار، والمتانة، وشدّة تحمّل الصدمة، وقابليّة اللحام، والكثافة، واللزوجة، وسرعة الانفجار، والرجوعيّة.
حالات المادّة هناك ثلاث حالات رئيسيّة للمادّة على سطح الأرض وهي: الحالة الصلبة: هي التي تكون فيها المادّة جزيئاتها متراصّة ومتقاربة على بعضها، ويمكن تعريف المواد الصلبة هي ثبات شكل المادّة بحيث لا يمكن تغيير شكلها. الحالة السائلة: هي الحالة التي يكون فيها الجزيئات متقاربة على بعضها ومتراصّة ولكن تتدفّق حول بعضها البعض بكلّ سهولة، ويمكن تعريف الحالة السائلة هي التي تأخذ شكل الحيّز الموجود فيه كالإناء أو البحار. الحالة الغازيّة: هي الحالة التي يكون فيها ترابط الجزيئات قليل جدّاً وغير متراصّة على بعضها، ممّا يجعل هذه الجزيئات حرّة طليقة تتحرّك من مكان إلى آخر ولا يمكن حَصِر هذه الجزيئات في مكان واحد. المصدر: