تحوّلات الطاقة من المصدر إلى الجهاز
يتتبّع تحوّلات الطاقة في سلسلة من مصدر ومحوّل وجهاز مستهلك، ويستنتج أن الطاقة لا تفنى وإنما تتحوّل من شكل إلى آخر.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: أشكال الطاقة وتحولاتها — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (١): المولّد الكهربائي — الجزء الأول، ص ٧٥
- نشاط (٤): تحوّلات الطّاقة الضّوئيّة — الجزء الأول، ص ٧٩
- نشاط (٥): تطبيقات — الجزء الأول، ص ٨٠
خطوات التجربة
افتح شاشة «النظام»، وضع علامة على «رموز الطاقة» لتظهر رزم الطاقة الصغيرة (E)، ولاحظ أن لكل شكل من الطاقة لونًا خاصًّا به.
اختر بالأسهم الدرّاجَ مصدرًا للطاقة، والمولّد (الدولاب الذي يدور داخل ملف) محوّلًا، والمصباح ذا الفتيل جهازًا مستهلكًا؛ هذا يشبه مولّد الكتاب الذي ندير دولابه.
حرّك المنزلق الذي تحت الدرّاج ليبدأ الدوس، وتتبّع رموز الطاقة من ساقيه إلى الدولاب ثم في الأسلاك إلى المصباح. سجّل أشكال الطاقة بالترتيب.
بدّل المصدر إلى الشمس والمحوّل إلى اللوح الشمسي، وأبقِ المصباح. تتبّع الرموز من الشمس إلى اللوح ثم إلى المصباح (نشاط تحوّلات الطاقة الضوئية).
حرّك منزلق «غيوم» من «لا يوجد» نحو «كثيفة»، ولاحظ عدد الرموز التي تصل إلى اللوح وما يحدث لإضاءة المصباح.
أعِد الغيوم إلى «لا يوجد»، ثم استبدل المصباح بالمروحة كما في نشاط التطبيقات، ولاحظ إلى أيّ شكل تتحوّل الطاقة الكهربائية الآن.
سجّل في جدول لكل سلسلة: المصدر، والمحوّل، والجهاز، وتحوّلات الطاقة من أول السلسلة إلى آخرها.
الفكرة العلمية
الطاقة لها أشكال كثيرة: حركية وكهربائية وضوئية وحرارية وصوتية وكيميائية. وفي كل سلسلة بنيتها تنتقل الطاقة من المصدر إلى المحوّل ثم إلى الجهاز، وتتغيّر صورتها في الطريق. في المولّد الكهربائي تتحوّل الطاقة الحركية للدولاب إلى طاقة كهربائية، وفي الخليّة الشمسيّة تتحوّل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية، ثم يحوّلها المصباح إلى طاقة ضوئية وحرارية، وتحوّلها المروحة إلى طاقة حركية. وهذا ما يقوله قانون حفظ الطاقة في كتابك: «الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث، وإنما يمكن تحويلها من شكل إلى آخر». لاحظ أن المحاكاة تسمّي الطاقة الحركية «ميكانيكية». وأن الدرّاج يأخذ طاقته من غذائه أولًا (طاقة كيميائية) ثم تصير حركية في ساقيه، أما في نشاط الكتاب فأنت من يدير الدولاب بيده.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
في السلسلة: الشمس ← اللوح الشمسي ← المصباح، ما ترتيب تحوّلات الطاقة الصحيح؟
- حرارية ← كهربائية ← حركية
- كهربائية ← ضوئية ← كهربائية
- ضوئية ← كهربائية ← ضوئية وحرارية
- ضوئية ← حركية ← ضوئية
اعرض الإجابة
ج) ضوئية ← كهربائية ← ضوئية وحرارية
ضوء الشمس طاقة ضوئية، واللوح الشمسي يحوّلها إلى كهربائية تسري في الأسلاك، والمصباح يحوّل الكهربائية إلى ضوئية وحرارية. من اختار «حركية» في الوسط ظنّ أن اللوح يدور كالمولّد، لكنه لا يتحرّك. ومن بدأ بـ«كهربائية» بدأ من وسط السلسلة لا من مصدرها.
في سلسلة الدرّاج والمولّد والمصباح، أين تتحوّل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية؟
- في المولّد
- في المصباح
- في ساقي الدرّاج
- في الأسلاك
اعرض الإجابة
أ) في المولّد
المولّد هو المحوّل: دوران دولابه (طاقة حركية) يولّد طاقة كهربائية، كما في المعلومة المفيدة في كتابك عن حركة الملف بين قطبي المغناطيس. الأسلاك تنقل الطاقة الكهربائية ولا تصنعها، والمصباح يستهلكها، وساقا الدرّاج مصدر الحركة لا الكهرباء.
استبدلت المصباح بالمروحة. إلى أيّ شكل تتحوّل معظم الطاقة الكهربائية في المروحة؟
- طاقة ضوئية
- طاقة كيميائية
- لا تتحوّل، بل تختفي داخل المروحة
- طاقة حركية، ويخرج جزء منها حرارة
اعرض الإجابة
د) طاقة حركية، ويخرج جزء منها حرارة
المروحة تدير شفراتها فتحرّك الهواء، فالطاقة الكهربائية تصير حركية، ويسخن جزء منها. من اختار «ضوئية» نقل ما رآه في المصباح إلى المروحة. ومن ظنّ أنها تختفي خالف قانون حفظ الطاقة: الطاقة تتحوّل ولا تفنى.
حين جعلت الغيوم «كثيفة» ضعفت إضاءة المصباح. هل اختفت الطاقة؟ فسّر بما رأيته من رموز الطاقة.
اعرض الإجابة
لم تختفِ الطاقة. الغيوم منعت جزءًا من الطاقة الضوئية من الوصول إلى اللوح الشمسي، فقلّ ما يحوّله اللوح إلى طاقة كهربائية، فقلّت الطاقة الواصلة إلى المصباح. الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث، لكن كمية ما يصل منها إلى الجهاز تتغيّر.
أوقف الدرّاج عن الدوس وراقب المصباح. ماذا حدث؟ وماذا يخبرك ذلك عن دور المصدر في السلسلة؟
اعرض الإجابة
تكمل الرموز التي كانت في الطريق مسيرها، ثم لا تصل رموز جديدة فينطفئ المصباح. فالمولّد والمصباح لا يصنعان الطاقة، بل يحوّلانها فقط. ومن دون مصدر يمدّ السلسلة بالطاقة يتوقّف كل شيء.