الوحدة الثانية
الطاقة
الدرس الأول : مصادر الطاقة و صورها
يتشابه الوقود داخل السيارة مع الغذاء داخل جسم الكائن الحي . لأن كل منهما يحترق و ينتج عنه طاقة تمكن السيارة من الحركة و تمكن الكائن الحي من القيام بالأنشطة المختلفة .
الطاقة هي القدرة علي بذل شغل أو إحداث تغيير و تقاس الطاقة بوحدة الجول .
الشغل يقال أن هناك شغل بذل عندما تؤثر قوة علي جسم فتحركه مسافة .
إذا الشغل = القوة × الإزاحة

الكمية وحدة قياسها
الشغل ( شغ ) الجول
القوة ( ق ) النيوتن
الإزاحة ( ف ) المتر
مسألة إحسب الشغل الذي تبذلة قوة مقدارها 20 نيوتن علي جسم فتحركة مسافة 20 متر .
صور الطاقة
( 1 ) طاقة وضع ( 2 ) طاقة حركة ( 3 ) طاقة ميكانيكية
( 4 ) طاقة صوتية ( 5 ) طاقة ضوئية ( 6 ) طاقة كهربائية
( 7 ) طاقة حرارية ( 8 ) طاقة كيميائية ( 9 ) طاقة نووية
مصادر الطاقة : الشمس – الرياح – الغذاء – الوقود – حركة المياه – التفاعلات النووية .
سؤال علل لما يأتي :
1- تلجأ الدول المتقدمة إلي إستغلال الطاقة الصادرة من الشمس و الرياح .
جـ - لأنها مصادر رخيصة و غير ملوثة للبيئة.

أولاً : طاقة الوضع
هي الطاقة المختزلة بالجسم نتيجة الشغل المبذول عليه .
العوامل المؤثرة علي طاقة الوضع
( أ ) وزن الجسم ( ب ) الإرتفاع
إذا طاقة الوضع = الوزن × الإرتفاع
مسألة إحسب طاقة وضع جسم كتلته 2 كجم علي إرتفاع 10 متر علماً بأن عملية الجاذبية الأرضية 10م / ث .
الحل
الوزن = الكتلة × عجلة الجاذبية الأرضية
= 2 × 10 = 20 نيوتن
إذا طاقة الوضع = الوزن × الإرتفاع
= 20 × 10 = 200 جول
ملحوظة الوزن هو مقدار جذب الأرض للجسم و يقاس بوحدة النيوتن .
ثانياً : طاقة الحركة
هي الشغل المبذول أثناء حركة الجسم .
العوامل المؤثرة علي طاقة الحركة : ( أ ) كتلة الجسم ( ب ) سرعة الجسم

طاقة الحركة = الكتلة × مربع السرعة

ط ح = ك × ع2

جول = كجم ( أ / ث )2

مسألة جسم كتلته 5 كجم و يتحرك بسرعة 10 م / ث إحسب طاقة حركته .

ط ح = ك × ع2 = × 5 × 100 = 250 جول .

ملحوظة تتناسب طاقة الحركة طردياً مع كتلة الجسم .
تتناسب طاقة الحركة طردياً مع مربع سرعة الجسم .
سؤال علل لما يأتي :
1- لإيقاف سيارتين مختلفتين في الكتلة و متماثلتين في السرعة فإنه يلزم بذل شغل أكثر لإيقاف السيارة الأكبر كتلة .
ج – لأنه كلما إزدادت كتلة الجسم إزدادت طاقة حركته و بالتالي يزداد الشغل اللازم لإيقافه .

ثالثاً : الطاقة الميكانيكية
هي مجموع طاقتي الوضع و الحركة .
ملحوظة هامة طاقة وضع الجسم عند أقصي إرتفاع = طاقة حركة الجسم لحظة وصول إلي سطح الأرض .
سؤال علل لما يأتي :
1- تنخفض طاقة الوضع لجسم أثناء سقوطة .
جـ - لأن إرتفاع الجسم عن سطح الأرض يقل و بالتالي يقل طاقة الوضع
لحظة وصول الجسم لسطح الأرض تكون الطاقة الميكانيكية طاقة حركة فقط .
عند أقصي إرتفاع تكون الطاقة الميكانيكية هي طاقة وضع فقط .
عند منتصف المسافة تكون طاقة الوضع = طاقة الحركة
و تكون الطاقة الميكانيكية = 2 ط و أو 2 ط ح









مسألة ( 1 ) سقط جسم كتلتة 5 كجم من قمة برج القاهرة الذي يبلغ إرتفاعه 187 متر .
إحسب : ( أ ) طاقة وضع الجسم عند قمة البرج .
( ب ) و طاقة حركته لحظة وصوله إلي سطح الأرض .
( ج ) الطاقة الميكانيكة للجسم .
الحل
( أ ) طاقة الوضع = الوزن × الإرتفاع
= 5 × 10 ×187 = 9350 جول
( ب ) طاقة الحركة لحظة وصوله = طاقة الوضع عند القمة = 9350 جول
( ج ) الطاقة الميكانيكية = طاقة الوضع عند قمة البرج = 9350 جول

مسألة ( 2 ) قذف شخص كرة كتلتها 0.5 كجم رأسياً و أثناء مرورها بالنقطة × التي ترتفع 4 متر من سطح الأرض كانت سرعتها 3 م / ث إحسب الشغل المبذول علي الكرة عند النقطة × ( عملية الجاذبية = 10 م / ث2 ).
الحل
وزن الكرة = ك × ج
= 0.5× 10 = 5 نيوتن
طاقة الوضع = الوزن × الإرتفاع
= 5 × 4 = 20 جول
طاقة الحركة = ك × ع2

= × 0.5 × 9 = 2.25 جول
إذا الشغل المبذول = الطاقة الميكانيكية = طاقة الوضع + طاقة الحركة
= 20 + 2.25 =22.25 جول




الدرس الثاني : تحولات الطاقة

الشكل الذي أمامك يمثل بندول بسيط




تكون سرعة البندول أكبر ما يمكن أثناء مروره بموضع سكونه و بالتالي تكون طاقة حركته أكبر ما يمكن و طاقة الوضع أقل ما يمكن .
تكون سرعة البندول = صفر عند أقصي إرتفاع و بالتالي طاقة الوضع أكبر ما يمكن و طاقة الحركة = صفر
عند أقصي إرتفاع تكون طاقة الوضع تساوي الطاقة الميكانيكية .
مسألة الشكل الذي أمامك يوضح حركة بندول طاقة وضعه 72 جول عند أعلي نقطة و عند أدني نقطة ( نقطة السكون ) 10 جول .
إحسب : ( أ ) طاقة حركة البندول عند نقطة السكون .
( ب ) كتلة كرة البندول .
الحل
الطاقة الميكانيكية = طاقة الوضع عند أعلي نقطة = 72 جول
الطاقة الميكانيكية = طاقة الوضع + طاقة الحركة
= 10 + طاقة الحركة
طاقة الحركة عند نقطة السكون = 72 – 10 = 62 جول
طاقة الوضع = الوزن × الإرتفاع
= الوزن × 1.2

الوزن = = 60 نيوتن

الكتلة = = 6 كجم


سؤال علل لما يأتي :

1- تتشابه حركة أرجوحه الملاهي مع حركة البندول البسيط .
2- الطاقة الميكانيكية لأي جسم في مسار حركته = مقدار ثابت .
جـ - لحدوث تبادل بين طاقتي الوضع و الحركة بحيث يظل مجموعها = مقدار ثابت .
سؤال ماذا يحدث عند إصطدام كرة البندول المتحرك بكرة البندول الساكن .
جـ - يتحرك البندول الساكن و يسكن البندول المتحرك بحيث يظل
كل منهما محتفظاً بطاقته الميكانيكية .
و مما سبق نستنتج أن
قانون بقاء الطاقة الميكانيكية هو مجموع طاقتي الوضع و الحركة لأي جسم في مجال الجاذبية الأرضية يساوي مقدار ثابت .

تحولات الطاقة
أولاً : تحولات الطاقة في العمود الكهربي البسيط
فكرة عمله :- تحويل الطاقة الكيميائية إلي طاقة كهربائية .
تركيبه : إناء زجاجي يحتوي علي حمض كبريتيك مخفف
ينغمس به لوحين من معدنين مختلفين هما :
لوح نحاس ( + ) قطب موجب
لوح خارصين ( - ) قطب سالب
إتجاه مرور التيار الكهربائي في السلك : من لوح النحاس ( + ) إلي لوح الخارصين ( - )
ثانياً : تحولات الطاقة في المصباح
و فيه تتحول الطاقة الكهربائية إلي طاقة ضوئية و طاقة حرارية .






ثالثاً : تحولات الطاقة داخل السيارة

م مكونات السيارة تحولات الطاقة بها
1 آلة الإحتراق الداخلي
( محرك السيارة ) تتحول الطاقة الكيميائية طاقة حرارية
ثم تتحول الطاقة الحرارية طاقة ميكانيكية ( حركية )
2 الدينامو تتحول فيه الطاقة الميكانيكية طاقة كهربائية
3 المصابيح ( الفوانيس ) من طاقة كهربائية طاقة ضوئية
4 الراديو كاست من طاقة كهربائية طاقة صوتية
5 سخان التكييف من طاقة كهربائية طاقة حرارية

قانون بقاء الطاقة الطاقة لا تفني و لا تستحدث من العدم و لكن يمنك تحويلها منصورة إلي صورة أخري.

أهمية التكنولوجيا إستغلال مصادر الطاقة و تحويلها منصورة إلي صورة أخري يحتاجها الإنسان .

م التطبيق التكنولوجي تحولات الطاقة بها
1 ماكينة الحياكة طاقة كهربيه طاقة حركية
2 المفاعل النووي طاقة نووية طاقة كهربية
3 التليفزيون طاقة كهربية طاقة ضوئية و طاقة صوتية
4 الخلايا الشمسية طاقة ضوئية طاقة كهربائية
5 التليفون المحمول طاقة إشعاعية ( موجات كهرومغناطيسية ) طاقة صوتية
سؤال علل لما يأتي :

1- لا تنال كل التطبيقات التكنولوجية تقدير علماء البيئة .
جـ - لأن بعضها لها أثار سلبية علي البيئة فهي تسبب تلوث كيميائي للماء و الهواء و التربة و تلوث كهرو مغناطيسي و تلوث ضوضائي .

م التطبيق التكنولوجي الأثار السلبية
1 السيارات عوادم السيارات تسبب تلوث للهواء
2 المبيدات الكيميائية تسبب تلوث كيميائي و التسمم الغذائي
3 ألات الحفر تلوث ضوضائي
4 المتفجرات تسبب الموت و التشوهات و العاهات المستديمة
5 الأسلحة الذرية تسبب الدمار الشامل
6 التليفون المحمول يسبب التلوث الكهرومغناطيسي




الدرس الثالث :الطاقة الحرارية

طرق الحصول علي الطاقة الحرارية :
أهم هذه الطرق هو الإحتكاك
فمثلاً
عند الضغط علي فرامل الدراجة أثناء سيرها ترتفع درجة حرارة الإطار .
بسبب الإحتكاك بين إطار الدراجة و الفرامل يؤدي إلي إرتفاع درجة حرارتها .
تزداد درجة حرارة الأجسام بزيادة سرعتها .
لأنه بزيادة السرعة تزداد طاقة الحركة مما يؤدي إلي إرتفاع درجة الحرارة .
سؤال أذكر ثلاثة تطبيقات تكنولوجية علي الإحتكاك .
جـ ـ ( 1 ) الشعور بالدفء عند إحتكاك كفي اليدين شتاءاً
( 2 ) إشتعال عود الثقاب عند إحتكاكه بسطح خشن
( 3 ) سخونه المسمار عند نزعة بقوة من لوح خشبي .
و ذلك بسسب تحول الطاقة الميكانيكية إلي طاقة حرارية بالإحتكاك .
كيفية إنتقال الحرارة
- عند تلامس جسمين تنتقل الحرارة من الجسم الأعلي في درجة الحرارة إلي الجسم الأقل في درجة الحرارة و يستمر إنتقال الحرارة حتي تتساوي درجة حرارتها .
- لا تنتقل الحرارة بين جسمين لهما نفس درجة الحرارة .
الطاقة الحرارية هي صورة من صور الطاقة تنتقل من الجسم الأعلي في درجة الحرارة إلي الجسم الأقل في درجة الحرارة .
درجة الحرارة هي الحالة الحرارية للجسم و التي يتوقف عليها إتجاه إنتقال الحرارة منه أو إليه عند ملامسته لجسم أخر .

طرق إنتقال الحرارة
( 1 ) التوصيل ( 2 ) الحمل ( 3 ) الإشعاع
أولا : إنتقال الحرارة بالتوصيل

هي إنتقال الحرارة من خلال بعض الأجسام الصلبة من الطرف الأعلي في درجة الحرارة إلي الطرف الأقل في درجة الحرارة .
سؤال علل لما يأتي :
1- إرتفاع درجة حرارة جسم صلب بارد عند ملامسته لقطعة حديد ساخنه .
جـ - بسبب إنتقال الحرارة من الجسم الساخن إلي الجسم الأقل في درجة الحرارة .
ثانياً : إنتقال الحرارة بالحمل
هي إنتقال الحرارة من خلال الأوساط السائلة و الغازية بصعود الجزيئات الأقل كثافة لأعلي و هبوط الجزيئات الأعلي كثافة لأسفل .
سؤال علل لما يأتي :
1- توضع المدفأة علي أرضية الغرفة .
جـ - لأن الهواء عندما يسخن تقل كثافته و يرتفع لأعلي و يحل محله هواء بارد و يستمر صعود و هبوط تيارات الهواء حتي يتم تدفئة الغرفة .
2- يثبت الفريزر أعلي الثلاجة .
جـ - لأن الهواء عند يبرد تزداد كثافته فيهبط لأسفل و يحل محله هواء دافيء و يستمر صعود و هبوط تيارات الهواء حتي يتم تبريد الثلاجة
ثالثاً : إنتقال الحرارة بالإشعاع
هي إنتقال الحرارة من جسم درجة حرارته مرتفعه إلي الوسط المحيط دون الحاجه إلي وجود وسط مادي تنتقل خلاله .
ملحوظة - تنتقل الحرارة من الشمس إلي الأرض بالإشعاع .
- كل المصادر الضوئية تنبعث منها الحرارة بالإشعاع .
- الشمس هي المصدر الرئيسي لمعظم الطاقات .
- في عملة البناء الضوئي تتحول الطاقة الشمسية إلي طاقة كيميائية .
سؤال علل لما يأتي :
1- لا تنتقل حرارة الشمس إلينا عن طريق التوصيل أو الحمل .
جـ - لا تنتقل عن طريق التوصيل لأن الهواء الجوي رديء التوصيل للحرارة .ولا تنتقل عن طريق الحمل لأن هناك فراغ شاسع بين الشمس و الأرض .
2- نرتدي الملابس الداكنة في فصل الشتاء و الملابس الفاتحة في فصل الصيف .
جـ - لأن الملابس الداكنه تمتص الإشعاع الشمسي و الملابس الفاتحة تعكس الإشعاع الشمسي .

التكنولوجيا و الطاقة الحرارية في حياتنا
مصادر الطاقة قد تكون ( دائمة – متجددة – غير دائمة )
و هذه المصادر تعتمد عليها التطبيقات التكنولوجية كما في الجدول الآتي :

م التطبيق التكنولوجي التأثير علي البيئة مصدر الطاقة نوع مصدر الطاقة
1 السخان الشمسي غير ملوث للبيئة الشمس دائم
2 السخان الكهربائي غير ملوث للبيئة الكهرباء متجدد
3 المدفأة الكهربية غير ملوث للبيئة الكهرباء متجدد
4 مدفأة الفحم ملوثة للبيئة الفحم غير دائم
5 الموقد البترولي ملوث للبيئة مشتقات البترول غير دائم
6 فرن الغاز ملوث للبيئة الغاز الطبيعي غير دائم

ملحوظة يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلي صور أخري مثال :


التطبيق التكنولوجي تحولات الطاقة التطبيق التكنولوجي تحولات الطاقة
الخلايا الشمسية
طاقة شمسية طاقة كهربائية السخان الشمسي
المدفأة الشمسية
المطهي الشمسي
الفرن الشمسي
طاقة شمسية طاقة حرارية
تم بحمد الله