إسهامات العلماء في تطوير الطاقة ومصادرها، من المكونات الأساسية لبناء الأمة وأهمها، بالإضافة إلى كونها المحرك الرئيسي لمعظم الوسائل والأجهزة من حولنا، ولا يستطيع الإنسان الاستغناء عنها، مع دورها الأساسي في حياته، ومن أجل الحصول على مصادر مختلفة للطاقة، وقعت الحروب وهذا دليل كاف على أهميتها، وبهذه الشرح طريقة، سنشرح خلال هذا المقال دور العلماء في تطوير الطاقة ومساهماتهم عبر التاريخ.
أهمية الطاقة
مساهمات العلماء في تطوير الطاقة ومصادرها لا تنتهي منذ العصور القديمة. وذلك لما لها من أهمية كبيرة واستخداماتها المتنوعة والمتنوعة في مختلف جوانب الحياة. لا جدال في أهمية الطاقة بمصادرها المختلفة، فهي الوقود الأساسي لجميع المعدات والمحركات حول العالم، من تشغيل المصانع ووسائل النقل، بالإضافة إلى كهرباء المنازل والشوارع المستخدمة لإشعال الأنوار. وتشغيل أجهزة المستشفى وغير ذلك من الأمور الهامة التي تعتبر الطاقة ركيزة لها وبدونها لا أهمية لها. بدلاً من ذلك، يمكننا القول أنه بدون طاقة، لا يمكن لأي شخص التحرك أو أداء مهامه ووظائفه الجسدية.
تاريخ الطاقة ومساهمات العلماء في العصور القديمة
الطاقة هي إحدى خصائص المادة التي يمكن تحويلها إلى أحد الأشكال التالية من الحرارة أو الإشعاع أو العمل، كما تُعرف بأحد أشكال الوجود.
- ظهرت كلمة الطاقة أولاً على أنها كلمة مشتقة من الكلمة اليونانية القديمة energeia في أعمال الفيلسوف أرسطو في القرن الرابع قبل الميلاد، وقد اتخذ هذا المفهوم تعريفاً فلسفياً واسعاً ليشمل حتى طاقة السعادة والمتعة.
- اقترح جوتفريد لايبنيز فكرة القوة الحية في نهاية القرن السابع عشر، معرّفًا إياها بأنها “ناتج كتلة الجسم ومربع سرعته” وافترض أن الطاقة الحرارية تتكون من الحركة العشوائية للمكون أجزاء من تلك المادة.
- في عام 1807 م، استخدم العالم توماس يونغ مصطلح الطاقة بدلاً من القوة الحية التي استخدمها لايبنيز من قبل.
- في عام 1829 م، استخدم كل من جاسبارد وغوستاف كوريوليس مصطلح الطاقة الحركية بالمعنى الحديث.
- في عام 1853، صاغ ويليام رانكين مصطلح الطاقة الكامنة.
- تم تطوير قانون الحفاظ على الطاقة في أوائل القرن التاسع عشر الميلادي، وهذا المصطلح ينطبق على أي نظام منعزل.
- في عام 1845 م اكتشف العالم جيمس بريسكوت بول العلاقة بين العمل الميكانيكي وتوليد الحرارة.
- أدت كل هذه التطورات في النهاية إلى اكتشاف نظرية الحفاظ على الطاقة، والتي صاغها اللورد كلفن والتي ساعدت الديناميكا الحرارية على التطور بسرعة.
إسهامات العلماء في تطوير الطاقة ومصادرها
كما ذكرنا في مقدمة المقال، هناك محاولات ومساهمات كثيرة من العلماء لتطوير الطاقة ومصادرها، من أجل الوصول إلى الطاقة وأشكالها المختلفة من التطور والسيطرة التي وصلت إليها اليوم، من بين هذه المساهمات ما يلي/
- قبل اكتشاف مصادر الطاقة المختلفة، كان الاعتماد بشكل أساسي على الخشب كمصدر للطاقة بأشكاله البسيطة. فيما بعد اكتشف العلماء طواحين الهواء واستخدموها في إنتاج الطاقة، حتى بداية الثورة الصناعية، حيث تطورت مصادر الطاقة وتنوعت نتيجة مساهمات العلماء، حيث اعتمدت على الفحم لتشغيل المحركات والمحطات، تم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.
- ولعل أبرز مساهمة العلماء في مجال الطاقة وتطورها هو اكتشاف الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي أو الفحم والنفط، وأصبح هذا النوع من الوقود أحد مصادر الطاقة الرئيسية، حيث كانت نسبة الاعتماد عليه، عليها في العالم ما يقرب من 90٪ من الاستخدام.
- ومن هذه المساهمات توظيف الطاقة الشمسية والاستفادة منها بشكل مباشر وغير مباشر في كثير من الأمور، مثل استخدامها في الطبخ أو تحويلها إلى طاقة شمسية.
- كما استفاد العلماء من الطاقة الحرارية الجوفية، وهي الطاقة الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة باطن الأرض، واستغلالها في كثير من الأمور.
- من الجهود الكبيرة التي يبذلها العلماء لتطوير الطاقة الوصول إلى استخدام غاز الهيدروجين والطاقة النووية في تشغيل السفن والغواصات العملاقة، بالإضافة إلى إطلاق الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية وغيرها من الاستخدامات.
أبرز العلماء الذين ساهموا في تطوير الطاقة
هناك إسهامات كثيرة للعلماء في تطوير الطاقة ومصادرها، ولعل أبرز تلك الأسماء التي تركت بصمة في تطور الطاقة هي هذه الأسماء/
- جيمس بليث كان أول من صمم وابتكار طواحين الهواء التي تستخدم طاقة الرياح لتوليد الطاقة الكهربائية.
- جون ستيفنز هذا العالم الأمريكي الذي صمم واخترع محرك الاحتراق في عام 1798 م.
- إدموند بيكريل العالم الذي اخترع وصمم الخلايا الشمسية التي تولد الطاقة بالاعتماد على ضوء الشمس وتحويلها إلى طاقة كهربائية واستخدامها في مختلف المجالات.
أنواع الطاقة ومصادرها
ومن إسهامات العلماء في تطوير الطاقة ومصادرها، التعرف على مختلف أنواعها وصورها ومصادرها التي تستخدم في كل شيء من حولنا، ومن بين هذه الأنواع والمصادر ما يلي
الطاقة المستدامة
إنه ذلك النوع من الطاقة المتوفر بشكل دائم ومستمر من الطبيعة، مثل الشمس والماء والهواء. مصادر هذه الطاقة هي/
طاقة شمسية
الطاقة الشمسية هي أول مصدر للطاقة المتجددة معروف للإنسان منذ القدم وما زلنا نستخدمها حتى يومنا هذا، بحيث يتم استخدام الحرارة المنبعثة من ضوء الشمس لتوليد الطاقة وتنفيذ جميع العمليات الحيوية المهمة للكائنات الحية، مثل الاعتماد من النباتات الموجودة عليها للقيام بالعمليات الحيوية والصناعات الغذائية، بالإضافة إلى استخدامها في العصر الحديث من خلال استغلال الألواح الشمسية، ولكن لا يمكن استغلال هذه الطاقة في فترات الليل أو في المناطق الثلجية.
طاقة الرياح
تم استخدام هذا الشكل من الطاقة منذ القدم من خلال تشغيل السفن والمراكب الشراعية، بالإضافة إلى تشغيل طواحين الهواء، لاستخدامها في رفع المياه أو لإنارة الشوارع، والعديد من الاستخدامات الأخرى، ولكن هذه الطاقة غير متوفرة في جميع المجالات، حيث أنها تحتاج إلى مناطق شديدة، بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن استخدام توربينات الرياح من المناطق السكنية بسبب الضوضاء الشديدة التي تنتجها تلك التوربينات.
الطاقة الحرارية الجوفية أو الطاقة الحرارية الجوفية
من مساهمات العلماء في تطوير الطاقة ومصادرها اكتشاف الطاقة المنبعثة من الصخور المنصهرة في الأرض، وهذه الطاقة تزيد من درجة حرارتها ثلاث درجات لكل مائة متر تحت الأرض، ويتم استخلاص هذه الطاقة من خلال مرور الماء بين الصخور المتوهجة، مما ينتج عنه بخار يتم التقاطه بواسطة مضخات مخصصة تحت الأرض. لهذا الغرض، يتم استخدام هذا البخار لتحريك التوربينات التي تنشط المولدات.
الطاقة الكهرومائية
تنتج هذه الطاقة من نقل المياه من خلال استغلالها في المحطات الكهرومائية، وينتج عن حركة المياه طاقة ميكانيكية منتجة من خلال التوربينات، وتتحول هذه الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية من خلال المولدات وهذا يحدث في معظم سدود المياه حول العالم، وهذا هي أحد أشكال الطاقة البديلة التي لا ينتج عنها تلوث ومتوفرة بمرور الوقت.
طاقة غير متجددة
وهي النوع الثاني من الطاقة وهي مشتقة من عناصر طبيعية أيضًا ولكن هذه العناصر ليست متجددة وغير مستمرة. كلما زاد الاستهلاك، قل انخفاضه. تكمن معظم مصادره في الأرض منذ العصور القديمة. تشمل أشكال هذا النوع من الطاقة ما يلي
نفط
أحد أنواع الوقود الأحفوري، والذي يكون على شكل سائل في الأرض، ويتم استخراجه عن طريق حفر الآبار عبر منصات نفطية سواء على الأرض أو في البحر، والتي تمتد لآلاف الأمتار في باطن الأرض، لاستخراج هذا الوقود، الذي يمر بالعديد من مراحل التكرير حتى يتم استخدامه، ليخرج لنا أخيرًا عدة مشتقات لذلك الوقود، مثل البنزين والديزل وغيرها من المنتجات سواء كانت صلبة أو سائلة.
فحم
يتواجد هذا النوع في الأرض ويستخدم بحرقه للحصول على الطاقة، ويتم استخراجه بطريقتين، التعدين السطحي أو التعدين الجوفي، من أجل الحصول على الطاقة عن طريق حرقه، ولكن عمليات الاستخراج تعتبر عمليات خطرة كعمال تتعرض للغازات السامة أثناء استخلاصها.
غاز طبيعي
تم اكتشاف هذا النوع من الطاقة بناءً على مساهمات العلماء في تطوير الطاقة ومصادرها، وهي من أنواع الوقود الأحفوري في الأرض، وتتكون من غاز الميثان ويتم استخراجه من خلال ارتفاع ضغط المياه في الأرض من أجل تكسير الصخور المحاصرة في الغاز، بالإضافة إلى استخدام أنواع من الأحماض منه، ويستخدم في إذابة الصخور غير القابلة للتكسير، ويستخدم في نواح كثيرة وفي توليد الكهرباء أيضًا.