أشكال الطاقة

[thumb|400px|عندما تكتسب المادة [حرارة ترتفع طاقة الحركة لجزيئاتها وتظهر في صورة طاقة حرارية ويمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى أي نوع آخر من الطاقة مثل الطاقة الميكانيكية كما في السيارة ، أو طاقة كهربائية كما في محطة الطاقة الكهربائية أو طاقة إشعاعية كما في النار أو في النجوم وغيرها.]]
في العلوم الفيزيائية توجد العديد من **أشكال الطاقة** مثل: 

هذة القائمة غير كاملة فيوجد أشكال عديدة من الطاقة لم يتم ذكرها، فكلما إكتشف علماء الفيزياء ظاهرة تحقق قانون بقاء الطاقة يتم دراستة واعتبارها شكل من أشكال الطاقة.

الحرارة والشّغل هي أشكال خاصة من أشكال الطاقة فهي ليست من خصائص النظام ولكنها تعتبر من حالات نقل الطاقة . فبشكل عام لا يمكن قياس مقدار الحرارة أو الشغل الموجود في كائن ما. وإنما يتم قياس مقدار الطاقة التي يمكن نقلها بين الأجسام بطرق معينة أثناء وقوع عملية معينة. ويتم إضافة إشارة موجب أو سالب أثناء قياس كل من الحرارة والشّغل كإشارة على اتجاه انتقال الحرارة أو أن الجسم قد قام بشغل أم تعرض له.

وتهتم الميكانيكا الكلاسيكية بتوضيح الفرق بين الطاقة الحركية وهي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركتة وتساوي الشغل اللازم لتسريع جسم ما من حالة السكون إلى سرعة معُينة، سواء كانت سرعة مستقيمة أو زاوية , وطاقة الوضع وتسمي أيضا *طاقة الارتفاع* وهي طاقة كامنة يكتسبها الجسم بسبب وقوعه تحت تأثير جاذبية مثل الجاذبية الأرضية أو تحت تأثير مجال كهربائي إذا كان له شحنة كهربائية أو تحت تأثير قوة شد مرنة مثل الزنبرك، وتتغير طاقة وضع الجسم بتغير ارتفاعه عن سطح الأرض. والطاقة النووية بأنواعها كالقوة النووية والقوة النووية الضعيفة . والطاقة الكهربية والتي تحدث نتيجة تعرض الجسم للمجالات الكهربية . والطاقة المغناطيسية والتي تحدث نتيجة تعرض جسم ما لمجال مغناطيسي .

بينما توجد أنواع آخري من الطاقة عبارة عن مزيج بين طاقة الحركة وطاقة الوضع مثل الطاقة الميكانيكية وهي عبارة عن المقياس العيانى لمجموع طاقة الحركة وطاقة الوضع . 
وطاقة الوضع المرنة والتي تعتمد على الطاقة الكهربائية الكامنة (بين الذرات والجزيئات) , وتعتمد أيضا على الطاقة الكيميائية .

وعند قياس الطاقة يجب ذكر إذا كانت موجبة أو سالبة بمقارنتها بقيمتها في حالة معينة، فمثلا طاقة الموجة الميكانيكية (موجة الضوء أو موجة الصوت) , وطاقة الحركة , وطاقة الكتلة الساكنة دائما ما تكون أكبر من أو تساوي الصفر، لأنها يتم مقارنتها مع حالة المادة في وضع السكون والتي تكون طاقة الحركة فيها تساوي صفر.

وقد تم تصنيف جميع أشكال الطاقة على أنها إما طاقة حركة أو طاقة وضع , ولكن الفيزيائي الأمريكي ريتشارد فاينمان الحاصل على جائزة نوبل عام 1965 أشار قائلا «إن هذة المفاهيم عن طاقة الحركة وطاقة الوضع تعتمد على مفهوم المقياس العياني» .

ويمكن أن تتحول الطاقة من صورة إلى صورة آخرى بكفاءات تحويل مختلفة. وتسمى المواد التي تحول الطاقة من شكل إلى أخر بالمبدلات.
## الطاقة الميكانيكية

**الميكانيكا العامة غير النسبية **

تتواجد الطاقة الميكانيكية (ورمزها هو *E*M أو *E*) بصور مختلفة. ولكن يمكن تصنفيها كنوع من أنواع طاقة الوضع (*E*p, *V*, *U* , *Φ*) أو طاقة الحركة (*E*k , *T*) . ويعتبر مصطلح طاقة الوضع مصطلح عام جدا فهو يستخدم مع جميع مجالات القوى مثل الجاذبية , المجالات الكهربية , المجالات المغناطيسية , فهي تشير إلى الطاقة التي يكتسبها الجسم نتيجة تواجده في مجال ما.

والعلاقة بين الطاقة الميكانيكية وطاقة الوضع والحركة هي:

: E = T + V \,\!.

**[[ميكانيكا لاغرانج|ميكانيكا لاجرانج]] و [[ميكانيكا هاملتوني|هاملتوني]]**

وفي مواضيع أكثر تقدما، يعتبر مجموع كلا من طاقة لحركة وطاقة الوضع هي الطاقة الكلية لنظام ما وتعرف بمعادلة هاميلتون : 
 
: H = T + V , \,\!

وتعتبر ميكانيكا لاجرانج وهاملتوني هي إعادة صياغة للميكانيكا الكلاسيكية وتستخدم للحصول على المعادلات التي تصف النظام الكلاسيكي بالطاقة بدلا من القوة. فتكون المعادلة بالشكل التالي:

: L = T - V \,\!,

## طاقة الحركة
**نظرة عامة **
thumb|left| 300px|حركة البندول تعتبر من أفضل الأمثلة عند دراسة طاقة الحركة وطاقة الوضع

هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته. هي تُساوي الشغل اللازم لتسريع جسم ما من حالة السكون إلى سرعة معُينة، سواء كانت سرعة مستقيمة أو زاويّة . وتساوي:

:E_\mathrm{k} = \int \mathbf{F} \cdot d \mathbf{x} = \int \mathbf{v} \cdot d \mathbf{p}

**الميكانيكا الكلاسيكية **

في الميكانيكا الكلاسيكية، لأي كتلة *m* فإن القوة *F* المؤثرة عليها تساوي *F = ma* حيث *a* هي العجلة. وتكون العلاقة بالشكل التالي:

:E_\mathrm{k} = \int \mathbf{F} \cdot d \mathbf{x} = m \int \frac{d\mathbf{v}}{dt} \cdot \mathbf{v} dt = m \int d\mathbf{v} \cdot \mathbf{v} = m \int \frac{1}{2} d (\mathbf{v} \cdot \mathbf{v} ) = \frac{1}{2}mv^2\,\!

**الميكانيكا النسبية الخاصة**

عندما تقترب سرعة الجسم *v* من سرعة الضوء *c* , يجب حساب الشغل المبذول باستخدام تحويلات لورينتز لتكون المعادلة بالشكل التالي:
: E_\mathrm{k} = \left ( \gamma - 1 \right ) m c^2 ,

حيث: \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - \left ( \frac{v}{c} \right )^2}}

ويسمي معامل لورنتز , ويمكن كتابتة بالشكل التالي: 
: \gamma \equiv \frac{c}{\sqrt{c^2 - v^2}} = \frac{1}{\sqrt{1 - \beta^2}}

حيث:

: \beta = \frac{v}{c} مقسوم السرعة النسبية على سرعة الضوء,
: *v* السرعة النسبية *
: *c* هي *سرعة الضوء*.

وتكون طاقة الحركة مساوية للصفر عندما عندما تكون السرعة تساوي صفر *(v=0)* فتكون جاما تساوي 1 *(γ= 1)* لتكون العلاقة بالشكل التالي: <br />
:<math> E_0 = m_0 c^2 \,\!</math>

=== إشتقاق القانون ===

[[شغل (توضيح)|الشغل]] المبذول على جسم بواسطة [[قوة|القوة]] F خلال جزء زمني صغير *dt* فيتحرك مسافة *dx*، يعادل حاصل الضرب المقياسي للقوة و[[إزاحة (فيزياء)|الإزاحة]]: 
:<math>\mathbf{F} \cdot d \mathbf{x} = \mathbf{F} \cdot \mathbf{v} d t = \frac{d \mathbf{p}}{d t} \cdot \mathbf{v} d t = \mathbf{v} \cdot d \mathbf{p} = \mathbf{v} \cdot d (m \mathbf{v})</math>

:<math>  d(\mathbf{v} \cdot \mathbf{v}) = (d \mathbf{v}) \cdot \mathbf{v} + \mathbf{v} \cdot (d \mathbf{v}) =  2(\mathbf{v} \cdot d\mathbf{v})</math>

وبفرض ثبات [[كتلة|الكتلة]]:

:<math> \mathbf{v} \cdot d (m \mathbf{v}) = \frac{m}{2} d (\mathbf{v} \cdot \mathbf{v}) = \frac{m}{2} d v^2  = d \left(\frac{m v^2}{2}\right) </math>

:<math> E_k = \int \mathbf{F} \cdot d \mathbf{x} = \int \mathbf{v} \cdot d \mathbf{p}= \frac{m v^2}{2} </math>

== طاقة الوضع ==
[[طاقة وضع|طاقة الوضع]] هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب وضعه أو حالته، أو نتيجة وقوعه تحت تأثير جاذبية مثل [[جاذبية أرضية|الجاذبية الأرضية]] , أو مجال ما مثل [[حقل مغناطيسي|المجال المغناطيسي]] أو [[حقل كهربائي|المجال الكهربي]] إذا كان له [[شحنة كهربائية]] .أو تحت تأثير قوة شد مرنة مثل [[نابض|الزنبرك]]. وتتغير طاقة وضع الجسم بتغير ارتفاعه عن سطح الأرض الذي يشكل مرجعا لحساب تلك الطاقة.

ويتم تعريف [[طاقة وضع|طاقة الوضع]] على أنها [[شغل (توضيح)|الشغل]] المبذول على جسم ما لتكون المعادلة بالشكل التالي:

:<math>\Delta U = -\Delta W </math>.

== الشغل الميكانيكي ==
يعرف [[شغل (توضيح)|الشغل]] على أنه كمية [[طاقة|الطاقة]] اللازمة لتحريك جسم ما بقوة ما لمسافة ما، فإذا كانت [[قوة|القوة]] *F* و[[إزاحة (فيزياء)|الإزاحة]] *r* فإن الشغل المبذول لنقل الجسم من *'r**<sub>1</sub> إلى **r**<sub>2</sub> يأتي من العلاقة التالية:

:<math>\Delta W = \int_{\mathbf{r}_1}^{\mathbf{r}_2} \mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r}</math>,

بحيث يكون الضرب هو [[جداء نقطي|ضرب قياسي]] [[متجه|للمتجهين]]. ويمكن تبسيط المعادلة السابقة في حالات معينة مثل التعامل مع [[جاذبية أرضية|الجاذبية الأرضية]] أو مع [[طاقة وضع مرنة|طاقة الوضع المرنة]] لتكون المعادلة بالشكل التالي:

:<math> \mathbf{F} = \nabla W </math>.

**الحركة الدورانية **

هي حركة التفاف حول مركز الجسم نفسه، وهو الشغل الي يبذلة [[عزم الدوران|العزم]] **τ** بين الزاويتين ''θ<sub>1</sub>'' و ''θ<sub>2</sub>'' ويساوي:

:<math>\Delta W = \int_{\theta_1}^{\theta_2} \left | \boldsymbol{\tau} \right | \mathrm{d}\theta</math>.

== طاقة الوضع المرنة ==
[[ملف:Bouncing ball strobe edit.jpg|thumb|400px|سقوط كرة تحت تأثير [[جاذبية أرضية|الجاذبية الأرضية]] وتغير كل من طاقة وضعها وطاقة حركتها ]]

طاقة الوضع المرنة هي [[طاقة وضع|طاقة الوضع]] التي يحتملها [[جسم مادي|الجسم المادي]] [[مرونة (فيزياء)|المرن]] عند تغيير وضعه في الأصل ب[[ضغط]]ه أو تمديده. وقوة الشد أو الضغط ''F'' على [[نابض|زنبرك]] تتبع [[قانون هوك]] الذي يشير إلى أن الكمية التي يتغير بها الجسم ([[إجهاد (ميكانيكا)|الإجهاد]]) مرتبطة خطيًا بالقوة المسببة لهذا التغير (الشد / الضغط) .

:<math> \mathbf{F}=k\mathbf{x} \ </math>

حيث:

: <math>\ \mathbf{x}</math> هي الفرق في [[مسافة|المسافة]] بين موضع الجسم الجديد وموقعه الأصلي سواء كان مضغوطًا أو ممدودًا «[[إزاحة (فيزياء)|الإزاحة]] الحاصلة» (عادة تقاس ب[[متر|المتر]]) .
: <math>\ \mathbf{F}</math> هي قوة الإعادة أو كما يطلق عليها القوة المشوهة للجسم أي معناها أن هذه القوة تغير من أبعاد الجسم ولو وصلت لحد معين قد تسبب تشوه للجسم أي لا يعود لشكله الأصلي قبل أن تؤثر عليه تلك القوة التي تمارسها المادة (عادة تقاس ب[[إسحاق نيوتن|النيوتن]]) .
: <math>\ \mathbf{k}</math>هو ثابت القوة ووحدته القوة إلى الطول (يقاس بالنيوتن لكل متر) .

ويحسب [[شغل (توضيح)|الشغل]] من العلاقة التالية:

:<math>E_\mathrm{p,e} = \frac{1}{2}kx^2\,\!</math>.

== طاقة السطح ==
[[ملف:WassermoleküleInTröpfchen.svg|thumb|300px|left| سبب تكون التوتر السطحي هو أن القوى والروابط بين جزيئات السائل هي المسؤلة عن التوتر السطحي والجزيئات على السطح ليس لديها جزيئات فوقها لذلك تكون قوى الترابط على الجزيئات الأخرى المحيطة بها أقوى مقارنة بالجزيئات الداخلية]]

يرمز للتوتر السطحي بالرمز [[سيغما|σ]], [[غاما|γ]] أو [[T]]، ويعرّف بأنه القوة المؤثرة عموديّا على طول خط عمل وحدة القوى عندما تكون هذه القوة موازية للسطح. ويقاس التوتر السطحي بوحدات [[نيوتن (توضيح)|نيوتن]] لكل [[متر]](N·m<sup>−1</sup>)، أو [[داين]] لكل [[سنتيمتر|سنتيميتر]]. وبالنسبة لل[[ديناميكا حرارية|ديناميكا الحرارية]] يعرف التوتر السطحي على أنه [[شغل (فيزياء)|الشغل]] المبذول لوحدة المساحات.

**أمثلة على التوتر السطحي في حياتنا اليومية **

[[ملف:Water drop animation enhanced small.gif|تصغير|قطرات الماء تأخذ أشكالاً شبه كروية]]
* تقدم ظاهرة الشد السطحي تفسيراً لكثير من الظواهر الشائعة في حياتنا. فعلى سبيل المثال تأخذ قطرات السوائل أشكال شبه كروية بسبب ظاهرة الشد السطحي. 
* وتقدم ظاهرة التوتر السطحي تفسيراً لإمكانية عمل فقاعات الصابون بينما لا يمكن القيام بعمل فقاعات باستخدام الماء النقي وحده. 
* كما أن إضافة الصابون إلى الماء تجعله منظفاً ممتازاً عبر تقليل توتره السطحي وبالتالي تجعله قادراً على تبليل والإحاطة بالأوساخ لتسهل إزالتها.
 
تقيس [[طاقة السطح]] مدى تحطم [[قوة بين جزيئية|الروابط بين الجزيئية]] الذي يحدث عند تشكل سطح ما، أو تقطيع جسم صلب إلى قطع صغيرة.

إذا كانت ''γ'' هو [[توتر سطحي|التوتر السطحي]] , ''S'' هي مساحة السطح، فإن [[شغل (توضيح)|الشغل]] المبذول ''W'' لزيادة مساحة السطح تأتي من العلاقة التالية:

:<math> \mathrm{d}W = \gamma \mathrm{d}S . \,\!</math>

== طاقة الصوت ==
الصوت هو شكل من أشكال الاهتزازات الميكانيكية التي تنتشر من خلال أي وسط مادي. ويرتبط ارتباطا وثيقا بقدرة الأذن البشرية على إدراك الصوت. ويعمل الجزء الخارجي من [[أذن|الأذن]] إلى جمع وتكبير الاهتزازات الصوتية. ليضرب [[غشاء طبلي|طبلة الأذن]] لتترجم الاهتزازات إلى صوت تسمعه [[أذن داخلية|الأذن الداخلية]] .

ويتم قياس الطاقة الصوتية من المعادلة التالية:

:<math>
W = W_\mathrm{pot} + W_\mathrm{kin} = \int_V \frac{p^2}{2 \rho_0 c^2} dV + \int_V \frac{\rho v^2}{2} dV
</math>

حيث

<math>p</math> [[ضغط]] [[صوت|الصوت]].<br />
<math>v</math> [[سرعة]] [[جسيم (توضيح)|الجسيمات]] .<br />
<math>\rho_0</math> [[كثافة|الكثافة]].<br />
<math>c</math> [[سرعة الصوت]] .

== طاقة الوضع الجاذبية ==
[[ملف:NewtonsLawOfUniversalGravitation.svg|thumb|left|400px]]

[[طاقة وضع الجاذبية|طاقة الوضع الجاذبية]] هي شكل من أشكال الطاقة المتعلقة ب[[جاذبية (توضيح)|الجاذبية]] . فإذا إفترضنا وجود جسم كتلته ''m'' وعلى إرتفاع رأسي من الأرض يساوي ''h'' وتحت تأثير عجلة الجاذبية الأرضية **g** وقيمتها ''g'' = 9.81 m s<sup>−1</sup> . وتكون المعادلة كالتالي:

:<math>E_\mathrm{p,g} \approx mgh\,\!</math>

وعند وجود كتلتين ''m''<sub>1</sub> و ''m''<sub>2</sub> فإن العلاقة تتبع [[قانون الجذب العام لنيوتن]] وتكون بالشكل التالي:

:<math>E_\mathrm{p,g} = -\frac{G m_1 m_2}{r}\,\!</math>,

حيث

''r'' هي المسافة بين الكتلتين.

''G'' هو [[ثابت الجاذبية]] ويساوي <br />
:<math> G = \left(6.67428 \plusmn 0.00067 \right) \times 10^{-11} \ \mbox{m}^3 \ \mbox{kg}^{-1} \ \mbox{s}^{-2}.</math>

وفي هذة الحالة يجب الحرص على أن تكون النقطتين كروية الشكل أو منتظمة الشكل، فلا يمكن تطبيقها على أي جسم ولا على أي [[كتلة]].

ويمكن كتابة المعادلة بصيغة آخرى بدلالة ''(Φ, U, V)'' وتكون كالتالي:

:<math>E_\mathrm{p,g} = -\Phi m \,\!</math>.

== الطاقة الحرارية ==


**نظرة عامة**

[[طاقة حرارية|الطاقة الحرارية]] هي شكل معهود من أشكال الطاقة، يتم انتقالها عن طريق [[توصيل حراري|التوصيل]] أو [[إشعاع|الإشعاع]] أو الحمل. حيث يتم انتقال الحرارة دائما من الجسم الساخن إلى البارد. ويتسبب انتقال الحرارة من جسم إلى جسم إلى رفع درجة حرارته. يمكن تحويل [[طاقة حرارية|الطاقة الحرارية]] إلى أي نوع آخر من [[طاقة|الطاقة]] مثل [[طاقة ميكانيكية|الطاقة الميكانيكية]] كما في [[سيارة|السيارة]]، أو [[طاقة كهربائية]] كما في محطة الطاقة الكهربائية أو [[طاقة إشعاعية]] كما في [[نار (توضيح)|النار]] أو في [[نجمة (توضيح)|النجوم]] وغيرها، كما أننا نستغلها في إدارة [[محرك|المحركات]] مثل [[محرك بخاري|الآلة البخارية]] و[[محرك احتراق داخلي|محرك الاحتراق الداخلي]] و[[محرك نفاث|المحرك النفاث]] و[[صاروخ|الصواريخ]].

لهذا حظيت الطاقة الحرارية منذ القدم بالدراسة، وصيغت قوانينها خلال القرن التاسع عشر فيما يسمى علم الحركة الحرارية ([[ديناميكا حرارية|ترموديناميكا]]).

تعرف الطاقة الحرارية ''E<sub>th</sub>'' لمادة بالمعادلة:

<math>E_{th} =  c \; \cdot m \;  \cdot T \!</math>

حيث:

: ''c'' [[حرارة نوعية|الحرارة النوعية]],
: ''m'' [[كتلة|الكتلة]]: ''T'' [[صفر مطلق|درجة الحرارة المطلقة]] ، [[كلفن]].

عند خلط [[نظام (توضيح)|نظام]]ين مختلفين في [[درجة حرارة|درجة الحرارة]] , فإن الحرارة تنتقل من النظام الساخن إلى النظام البارد. ويستمر انتقال الحرارة بينهما حتى تتساوى درجة الحرارة ويصبح النظام الكلي في حالة [[توازن حراري]] , وتلك العملية تسمى [[انتقال الحرارة]] . وهذا التوازن يحدث تلقائيا، ولا يمكن انتقال حرارة من جسم بارد إلى جسم ساخن. وتلك الظاهرة المعروفة معرفة في [[القانون الثاني للديناميكا الحرارية]] ، وهو أحد قوانين [[ديناميكا حرارية|الترموديناميكا]] .

وتكون المعادلة بالشكل التالي:

:<math>\Delta q = \int_{T_1}^{T_2} C_\mathrm{v}\mathrm{d}T</math>

**الطاقة الحركية **
[[ملف:Thermally Agitated Molecule.gif|thumb|حركة حرارية لجزء من جزيئ [[بروتين]].]]

عندما تكتسب المادة [[حرارة]] ترتفع [[طاقة حركية|طاقة الحركة]] [[جزيء|لجزيئاتها]] وتظهر في صورة [[طاقة حرارية]] ، ويسبب انخفاض الحرارة لجسم ما من [[طاقة حركية|طاقة حركة]] [[جزيء|جزيئات]]ه. فالطاقة الحرارية هي [[طاقة حركية]] وتلك الحركة تظهر كحركة عشوائية لجزيئات المادة في [[غاز|الغازات]] والسوائل، وحركة اهتزازية [[بنية بلورية|للشبكة البلورية]] للمادة الصلبة وينقلها ما يسمى [[فوتون]].

إذا كانت الطاقة الحركية لجميع جزيئات مادة ما مساوية للصفر، فتكون [[درجة حرارة|درجة حرارته]] عند [[صفر مطلق|الصفر المطلق]] حيث الكتلة ''m'' والحرارة النوعية ''c'' دائما لا تصلان إلى الصفر. ومقياس [[درجة حرارة|درجة الحرارة]] هي [[كلفن]] وهي المرجع لمقاييس [[درجة حرارة|درجة الحرارة]] مثل [[درجة حرارة مئوية|الدرجة المئوية]] أو الدرجة الفاهرنهيتية. درجة الصفر المطلق هي -16 و273 بدرجة الحرارة المئوية.

وفي [[نظرية حركية للغازات|النظرية الحركية للغازات]] فإن [[درجة حرية (فيزياء)|درجة الحرية]] ل[[غاز مثالي|لغاز المثالي]] تأتي من العلاقة التالية:

:<math>U = \frac{d_f}{2}k_B T </math>

حيث

''d<sub>f</sub>'' هي [[درجة حرية (فيزياء)|درجة الحرية]] .<br />
''k<sub>B</sub>'' هو [[ثابت بولتزمان]] وهو يعطي متوسط طاقة الحركة لكل جزيء أو ذرة في الغاز بمجرد معرفة درجة الحرارة المطلقة للغاز. وهو عبارة عن حاصل قسمة [[ثابت الغازات العام|ثابت الغازات]]''R'' على [[ثابت أفوجادرو|عدد أفوجادرو]] (***N<sub>A</sub>***) :

:<math>k = \frac{R}{N_{\rm A}}.\,</math>
== علم الحركة الحرارية الكيميائية ==

[[طاقة|الطاقة الكيميائية]] هي الطاقة التي تحدث نتيجة التفاعلات بين [[جزيء|الجزيئات]]. وويمكن تعريفها بأنه [[شغل (توضيح)|الشغل]] التي تبذلة القوة الكهربية خلال إعادة ترتيب [[شحنة كهربائية|الشحنات الكهربائية]] , [[إلكترون|الإلكترونات]]، [[بروتون|البروتونات]]. وإذا إنخفضت [[طاقة|الطاقة الكيميائية]] لنظام ما خلال [[تفاعل كيميائي]] يظهر الفقد في صورة [[حرارة]] أو [[ضوء]]. والعكس صحيح إذا زادت [[طاقة|الطاقة الكيميائية]] لنظام ما خلال [[تفاعل كيميائي]] يكون سبب هذة الزيادة تعرض النظام لحرارة أو ضوء. كما يلي: 
* عند تفاعل ذرتين من [[ذرة|ذرات]] [[هيدروجين|الهيدروجين]] لتكوين [[جزيء|جزئ]] الهيدروجين، تنخفض الطاقة الكيميائية بمقدار 724 ''zj'' والتي تستهلك في ربط الذرات مع بعضها والمسمى العلمي لها هو [[طاقة الرابطة]] . 
* عند إزالة [[إلكترون]] تماما من [[ذرة]] [[هيدروجين|الهيدروجين]]، تزداد الطاقة الكيميائية بمقدار 2.18 aj وهي ما تسببها [[طاقة تأين|طاقة التأين]] .

قد تظهر أحيانا كحرارة ناتجة عن [[تفاعل كيميائي|التفاعل الكيميائي]] . وهي أيضا الحرارة الناتجة عن [[احتراق|الاحتراق]] حيث يتحد [[كربون]] مع [[أكسجين|الأكسجين]] وتنشأ منه حرارة ونارا. كما نستغل التفاعل بين [[كيروسين|الكيروسين]] و[[أكسجين|الأكسجين]] في [[محرك احتراق داخلي|محرك الاحتراق الداخلي]] لإنتاج حركة السيارة. ويمكننا بواسطة [[قانون هس]] حساب الطاقة الناتجة عن طريق قيم [[إنثالبي قياسي للتكوين|الإنثالبي القياسي للتكوين]] للمواد المشتركة في التفاعل.

علم الحركة الحرارية الكيميائية هو أحد فروع علم [[نظرية حركية للغازات|الحركة الحرارية]] (الترموديناميكا) التي تهتم بدراسة الحركة الحرارية في الأجسام والأنظمة. وتتعلق الترمودينامكا الكيميائية بدراسة علاقة [[حرارة|الحرارة]] و [[شغل (ديناميكا حرارية)|الشغل]] [[تفاعل كيميائي|بالتفاعلات الكيميائية]] أو علاقتهما بالتغيرات الفيزيائية لحالة نظام يتبع [[قوانين الديناميكا الحرارية|قوانين الترموديناميكا]]. وتتضمن [[ترموديناميكا كيميائية|الترمودینامیكا الكيميائية]] القياس المعملي للعمليات المختلفة وكذلك تطبيق الطرق الرياضية في دراسة مسألة التفاعلات والتغير الطبيعي التلقائي الذي يحدث في عمليات مختلفة.

وقد أشار بعض [[كيمياء|الكيميائين]] إلى الطاقة الكيميائية على أنها نوع من أنواع [[طاقة داخلية|الطاقة الداخلية]] ''U'' ويمكن قياسها عند ثبات حجم النظام. ولكن عند تغير [[حجم|الحجم]] وثبات [[ضغط|الضغط]] (كما في حالة [[غاز|الغازات]]) , يجب إعادة الحسابات مرة أخرى لمعرفة [[محتوى حراري|المحتوى الحراري]] للنظام ''H'' (''الإنثالبي'') . <br />
ويعتبر التغير في الإنثالبي '' Δ''H لنظام ما هو الشغل غير الميكانيكي الذي نمد به النظام أو كمية الحرارة التي نعطيها لنظام ما. وبهذة الحسابات نستطيع معرفة [[شغل (ديناميكا حرارية)|الشغل]] الذي يمكن الاستفادة منه من النظام (عند الاحتفاظ بالضغط ثابتا). { ذلك لأنه عند ثبات الضغط يتغير الحجم، وتغير حجم النظام معناه أن النظام يؤدي **شغلا ميكانيكيا **ويعطيه إلى الوسط المحيط. كمية الشغل p.&nbsp;V } .

:<math>\Delta E  =  p \Delta V \,\!</math>,

وتكون معادلة ''الإنثالبي'' كالتالي:

:<math>\Delta H  = \Delta  U + p \Delta V \,\!</math>.

والتصحيح الثاني في المعادلة هو [[إنتروبيا (توضيح)|الإنتروبيا]] , لمعرفة مدى إمكانية التفاعل بين النظام الوسط المحيط.
[[ملف:Entropie.svg|thumb|left|400px|بعد إزالة الحائل يشغل الغاز الحجم بالكامل . وبذلك تزيد **إنتروبية النظام ** (تجربة جاي لوزاك).]]

:<math>\Delta E  =  T \Delta S \,\!</math>,

مع مراعاه [[طاقة غيبس الحرة]] والتي تعتمد على المتغيرات الطبيعية المستقلة مثل [[درجة حرارة|درجة الحرارة]] ''T'' و[[ضغط|الضغط]] ''p'' و [[عدد جسيمات|كمية المادة]] n ، يرمز له عادة بالرمز G . وتكون معادلتها بالشكل التالي:

<math>G \; = \; U \; + \; p \cdot V \; - \; T \cdot S </math> 
حيث:
: U [[طاقة داخلية|الطاقة الداخلية]] لنظام ترموديناميكي،
: V الحجم،
:p [[ضغط|الضغط]]،
: S [[إنتروبيا (توضيح)|الإنتروبي]]
: T [[درجة حرارة|درجة الحرارة]]

وتكتب معادلة جيبس للطاقة الحرة أيضا بطريقة أخرى:

<math>  G \; = \; H - \; T \cdot S</math>

حيث H الطاقة الكلية للنظام وتسمى أيضا [[ميكانيكا هاملتوني|هاملتوني]] وترجع تسميتها إلى عالم الفيزياء [[هاملتون (توضيح)|هاملتون]] .

:<math>\Delta G  = \Delta  H - T \Delta S \,\!</math>.

هذة التصحيحات يتم إهمالها في أغلب الحالات إلا عند التعامل مع الغازات .

ومنذ [[الثورة الصناعية]] , واستخدام فكرة تحويل الطاقة من صورة إلى صورة آخرى في الصناعة وتوليد الطاقة مثل حرق [[فحم (توضيح)|الفحم]] , [[وقود|الوقود]]، [[غاز طبيعي|الغاز الطبيعي]] وأنواع أخرى كثيرة من [[وقود أحفوري|الوقود الحفري]] :

* 1 طن مكافئ من [[فحم (توضيح)|الفحم]] (''TCE'') يولد 29.3076 ''GJ'' والتي تعادل 8141 [[كيلوواط ساعة|كيلوواط ساعي]] . 
* 1 [[طن نفط مكافئ]] (''TOE'') يولد 41.868 ''GJ'' والتي تعادل 11630 [[كيلوواط ساعة|كيلوواط ساعي]] .

وطبقا ل[[نموذج بور]] للذرات، فإن الطاقة الكيميائية مرتبطة ب[[ثابت ريدبرغ]] .

:<math>R_y= \frac{m_e e^4}{8 \varepsilon_0^2 h^2} = \frac{1}{2}\alpha^2 m_ec^2 =  13.605\;692\;53(30) \ \mathrm{eV}</math>

== الطاقة الكهربية ==

=== الطاقة الكهروستاتيكية ===
**نظرة عامة**
[[ملف:Electric potential energy 3 charge.gif|thumb|طاقة الوضع الكهربائية لجسيم نقطي ''q'' في وجود ''n'' جسيم نقطي ''Q''<sub>2</sub> charge system:<math>U_E = q\frac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \left(\frac{Q_1}{r_1} + \frac{Q_2}{r_2} \right) </math>]]

تعرف [[طاقة الوضع الكهربائية]] لنقطة ما بأنها [[شغل (توضيح)|الشغل]] المبذول في تحريك وحدة [[شحنة كهربائية|الشحنات الكهربائية]] من ال[[لانهاية]] إلى تلك النقطة (دون إحداث أي تغيير في [[طاقة حركية|الطاقة الحركية]] لها) . بشرط اختيار نقطة مرجعية يكون [[جهد كهربائي|الجهد]] عندها يساوي صفراً . فإذا كانت هناك شحنتان ''Q''<sub>1</sub> و ''Q''<sub>2</sub> المسافة بينهما ''r'' فإن [[طاقة الوضع الكهربائية]] تأتي من العلاقة التالية:

:<math>E_\mathrm{p,e} = \frac{1}</math>

حيث

ε<sub>0</sub> هي [[سماحية الفراغ|سماحية الفراغ الكهربائية]]. وتساوي:<math> \varepsilon_0 =\frac {1}{\mu_0 c_0^2}</math>

= 8.854...×10<sup>−12</sup> أمبير ·ثانية/(فولت·متر)
= 8.854 ...×10<sup>−12</sup> [[فاراد]]/[[متر]]

حيث:

''c''<sub>0</sub> [[سرعة الضوء]] في الفراغ . <br />
''μ''<sub>0</sub> نفاذية الفراغ المغناطيسية .

ويمكن كتابتها بدلالة ''ϕ'' لتكون بالشكل التالي:

:<math>E_\mathrm{p,e} = \phi q \,\!</math>.

إذا تراكمت هذة [[الشحنة (توضيح)|الشحنة]] داخل [[مكثف (توضيح)|مكثف]] ذو [[سعة كهربية]] ''C'' تكون المعادلة فيهذة الحالة على النحو التالي:

:<math>E_\mathrm{p,e} = \frac{Q^2}{2C} = \frac{1}{2}CV^2 = \frac{1}{2}VQ \,\!</math>,

=== الطاقة الكهربية ===
**الدوائر الكهربية**
[[ملف:Ohm's Law with Voltage source TeX.svg|thumb|دائرة كهربائية بسيطة مكونة من مصدر جهد و[[المقاومة والمواصلة الكهربائية|مقاومة كهربية]] وطبقا ل[[قانون أوم]] فإن الجهد يساوي <math>V=iR</math> .]]

إذا مر [[تيار كهربائي|تيار كهربي]] في [[مقاومة (توضيح)|مقاومة]] , تتحول [[كهرباء|الطاقة الكهربية]] إلى [[حرارة]]، وعند مرور [[تيار كهربائي|التيار الكهربي]] على الأجهزة الكهربية فسيتحول هذا التيار إلى أشكال عديدة من [[طاقة|الطاقة]] ك[[طاقة حركية]] على سبيل المثال (مع الأخذ في الاعتبار ان جزء بسيط من التيار سيفقد على شكل حرارة أيضا وهذا الجزء يعتمد على [[كفاءة]] الجهاز) . والمعادلة التي تربط بين الطاقة والجهد والتيار لها أشكال عديدة منها:

:<math>E = VQ = VIt = Pt = \frac{V^2 t}{R} = {I^2}Rt \,\!</math>

حيث

''V'' هو فرق ال[[جهد كهربائي|جهد]] ويقاس ب[[فولت|الفولت]].<br />
''Q'' هي [[شحنة كهربائية|الشحنة الكهربائية]] وتقاس ب[[كولوم|الكولوم]].<br />
''I'' هو [[تيار كهربائي|التيار الكهربي]] ويقاس ب[[أمبير|الأمبير]].<br />
''t'' [[زمن|الزمن]] وتقاس ب[[ثانية|الثانية]].<br />
''P'' هي [[قدرة (فيزياء)|القدرة]] وتقاس ب[[واط|الواط]].<br />
''R'' هي [[المقاومة والمواصلة الكهربائية|المقاومة الكهربية]] وتقاس ب[[أوم|الأوم]].

=== الطاقة المغناطيسية ===
لا يوجد فرق جوهري بين [[كهرباء|الطاقة الكهربية]] والطاقة المغناطيسية، فهما مرتبطان ب[[معادلات ماكسويل]] التي تنص على

«''إذا انتقلت دائرة أو جزء من دائرة كهربائية مغلقة ضمن مجال مغناطيسي منتظم فإنها تبذل شغلاً يساوي شدة التيار الكهربائي المارة فيها في تغير التدفق المغناطيسي الذي يجتازها''»

والطاقة الكهربية ل[[عزم مغناطيسي]] ''m'' يقع داخل [[حقل مغناطيسي]] ''B'' يساوي:

:<math>E_\mathrm{p,m} = -\mathbf{m}\cdot \mathbf{B}</math>.

[[ملف:Solenoid-1.png|thumb|ملف كهربي]]

**الدوائر الكهربية*'

الطاقة التي يخزنها [[ملف (توضيح)|ملف]] [[محاثة تبادلية|محادثته التبادلية]] *L* يمر به تيار *I* تساوي:

:<math>E_\mathrm{p,m} = \frac{1}{2}LI^2</math>.
 
=== الطاقة الكهرومغناطيسية ===


لحساب [[شغل (توضيح)|الشغل]] المبذول يجب إنشاء حقل كهربي أو مغناطيسي في وحدة الحجوم ([[مكثف (كهرباء)|مكثفات]] , [[محث|ملفات]]) وحساب [[كثافة الطاقة]]

:<math> u_e=\frac{\epsilon_0}{2} \left| \mathbf{E} \right |^2 , \quad u_m=\frac{1}{2\mu_0} \left| \mathbf{B} \right |^2 \,\!</math>,

بشرط أن تكون الوحدات على ([[نظام الوحدات الدولي]])

الإشعاع الكهرومغناطيسي مثل [[موجة صغرية|أشعة ميكروويف]] , [[ضوء|الضوء المرئي]] , و[[أشعة غاما]] هي عبارة عن تدفق للطاقة الكهرومغناطيسية . ويتم التعبير عن متجه بوينتنج الخاص بهم بواسطة المعادلة التالية:

:<math>\mathbf{S} = \frac{1}{\mu} \mathbf{E} \times \mathbf{B},</math>

وتكون طاقة [[فوتون|الفوتون]]:<math>E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}\,\!</math>,

ليكون التباعد بين مستويات الطاقة:<math>\Delta E = E_2 - E_1 = hc \left ( \nu_2 - \nu_1 \right ) = hc \left ( \frac{1}{\lambda_2} - \frac{1}{\lambda_1} \right ) \,\!</math>,

حيث

*h* هو [[ثابت بلانك]]  وقيمتة <br />
<math>h=6.626\ 070 \times10^{-34}\ \mbox{J}\cdot\mbox{s}</math>

*v'' هو تردد الإشعاع . 
## الطاقة النووية

تمد الطاقة النووية و طاقة الوضع الكهربائية الطاقة اللازمة لحدوث الإنشطار النووي وهو عملية انقسام نواة ذرة ثقيلة إلى قسمين أو أكثر، وبهذه العملية يتحول عنصر معين إلى عنصر أخر وينتج عن عملية الانشطار نيوترونات وفوتونات عالية الطاقة (بالأخص أشعة غاما) وجسيمات نووية مثل جسيمات ألفا وأشعة بيتا. ويؤدي انشطار العناصر الثقيلة إلى تولد كميات ضخمة من الطاقة الحرارية والإشعاعية.

وتسبب الطاقة النووية وطاقة الوضع الكهربائية أيضا حدوث الإندماج النووي والذي يعتبر من أحد أهم أنواع التفاعلات النووية التطبيقية . حيث ينطلق خلال هذا الاندماج كمية هائلة من الطاقة تظهر على شكل حرارة وإشعاع كما يحدث في الشمس، فتمدنا بالحرارة والنور والحياة. فبدون هذا التفاعل ما وُجدت الشمس وما وُجدت النجوم، ولا حياة من دون تلك الطاقة المسماة طاقة الاندماج النووي. وتنتج تلك الطاقة الهائلة عن فقد في وزن النواة الناتجة عن الاندماج النووي، وهذا الفقد في الكتلة يتحول إلى طاقة طبقاً لمعادلة ألبرت أينشتاين التي تربط العلاقة بين الكتلة والطاقة.

وتوفر القوة النووية الضعيفة  (مختلفة عن القوة القوية) الطاقة اللازمة لأنواع معينة من التحلل الإشعاعي، مثل تحلل بيتا. وتتفرد القوة النووية الضعيفة بأنها تسمح للكواركات (التي تشكل الجسيمات المركبة مثل البروتونات والنيوترونات على شكل ست نكهات: علوي، وسفلي، وغريب، وساحر، وقمّي، وقعري) في تغيير نكهاتها من نكهة إلى أخرى، فمثلاً يتحول كوارك سفلي إلى آخر علوي أثناء اضمحلال بيتا ليُصبح بذلك النيوترون بروتوناً. 
وبالإضافة إلى ذلك فإنّ القوة النووية الضعيفة هي القوة الوحيدة بين القوى الأساسية التي تخرق التكافؤ وكذلك الوحيدة التي تستطيع خرق تناظر الشحنة السوية.

## انظر أيضًا

* الطاقة 
* تخزين الطاقة 
* كثافة الطاقة 
* الطاقة المتجددة
* الطاقة البحرية 
* نقل القدرة
* معهد أبحاث الطاقة الكهربائية
* نمو الخلايا الشمسية

## المصادر

تصنيف:أشكال الطاقة
تصنيف:تحويل طاقة