الدرس 1-1: الطاقة

ما هي الطاقة؟

الطاقة هي القدرة على بذل شغل أو إنتاج حرارة. توجد في صورتين أساسيتين:

طاقة الوضع (Potential Energy) — الطاقة المخزنة بسبب تركيب الجسم أو موضعه.
الطاقة الحركية (Kinetic Energy) — الطاقة الناتجة عن حركة الأجسام، وترتبط مباشرة بحركة جسيمات المادة ودرجة حرارتها.

مثال: المتزلج في أعلى المسار لديه أكبر طاقة وضع. ما إن يبدأ بالتحرك تتحول إلى طاقة حركية تدريجيًا حتى خط النهاية.

قانون حفظ الطاقة

نص القانون: في أي تفاعل كيميائي أو عملية فيزيائية، يمكن أن تتحول الطاقة من شكل إلى آخر، ولكنها لا تُستحدث ولا تفنى.
يُعرف أيضًا بـ القانون الأول في الديناميكا الحرارية.

مجموع كمية الطاقة يبقى ثابتًا دائمًا، مثل النقود في حسابين مصرفيين — يتغير توزيعها لكن المجموع واحد.

أمثلة:
• عند تدفق الماء عبر التوربينات في محطة الطاقة الكهرومائية، تتحول طاقته الحركية إلى طاقة كهربائية.
• عند احتراق غاز البروبان C₃H₈، تتحرر الطاقة المخزنة في روابطه على شكل حرارة.

طاقة الوضع الكيميائية

الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية للمادة. تعتمد على:

أنواع الذرات في المادة
عدد الروابط الكيميائية ونوعها
طريقة ترتيب الذرات

تطبيق: طاقة الوضع الكيميائية للبروبان تنتج عن ترتيب ذرات الكربون والهيدروجين وقوة الروابط. عند الاحتراق تُحرَّر هذه الطاقة على شكل حرارة.

الحرارة وقياسها

الحرارة (q) هي طاقة تنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم الأبرد.

تمييز مهم:
الحرارة ≠ درجة الحرارة.
درجة الحرارة = مقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجسيمات.
الحرارة = طاقة منتقلة بسبب فرق درجات الحرارة.

الوحدة	التعريف	علاقة التحويل
السُّعر (cal)	الحرارة اللازمة لرفع 1g ماء بمقدار 1°C	1 cal = 4.184 J
السُّعر الغذائي (Cal)	يُستخدم لقياس طاقة الغذاء	1 Cal = 1000 cal = 1 kcal
الجول (J)	وحدة الطاقة في النظام الدولي (SI)	1 J = 0.2390 cal
الكيلوجول (kJ)	ألف جول	1 kJ = 1000 J

مثال محلول — تحويل وحدات الطاقة

المسألة: وجبة إفطار تحتوي على 230 Cal. حوّل إلى جول (J).

الخطوة 1 — حوّل Cal إلى cal:
230 Cal × (1000 cal / 1 Cal) = 2.3 × 10⁵ cal

الخطوة 2 — حوّل cal إلى J:
2.3 × 10⁵ cal × (4.184 J / 1 cal) = 9.6 × 10⁵ J

المفردات الجديدة

الطاقة

قانون حفظ الطاقة

طاقة الوضع الكيميائية

الحرارة

السُّعر (cal)

الجول (J)

الحرارة النوعية

درجة الحرارة