Arabic:الطاقة وتحولاتها

مقدمة

الطاقة موجودة في كل ما يحدث حولك تقريبًا: كرة تتدحرج، مصباح يضيء، هاتف يعمل ببطارية، ماء يندفع في سد، وطعام يمنح جسمك القدرة على الحركة. في هذا المقرر ستتعلم أن الطاقة كمية فيزيائية تساعدنا على وصف قدرة نظام ما على إحداث تغيير أو إنجاز شغل، وأن وحدتها في النظام الدولي هي الجول.

من المهم أن تميز منذ البداية بين فكرتين: انتقال الطاقة يعني انتقالها من جسم أو نظام إلى آخر، أما تحول الطاقة فيعني تغير صورتها من شكل إلى شكل آخر. وقد يحدث الأمران معًا؛ فعندما يضيء مصباح يعمل ببطارية، تنتقل الطاقة من البطارية إلى الدائرة وتتحول من طاقة كيميائية إلى كهربائية ثم إلى ضوئية وحرارية.

قبل البدء يكفي أن تكون قادرًا على وصف الحركة والسرعة والارتفاع ودرجة الحرارة وصفًا بسيطًا، وأن تعرف أن القوى يمكن أن تغير حركة الأجسام. لا تحتاج إلى حسابات متقدمة؛ سنستخدم أمثلة وتجارب آمنة ومخططات سهلة القراءة.

شاهد هذا الشرح العربي التمهيدي عن تحولات الطاقة، ثم حاول أن تذكر مثالين من حياتك اليومية قبل متابعة القراءة.

تحميل الفيديو

يوتيوب

قد يقوم يوتيوب بجمع البيانات الشخصية. سياسة الخصوصية

استمرار تجاهل

أهداف التعلم

بعد إنهاء هذا المقرر ستكون قادرًا على ما يأتي:

1. تمييز صور رئيسية للطاقة مثل الحركية وطاقة الوضع والحرارية والكيميائية والكهربائية والضوئية والصوتية.
2. تتبع انتقال الطاقة وتحولها في أجهزة وأحداث مألوفة باستخدام سلاسل طاقة واضحة.
3. تفسير تبادل طاقة الحركة وطاقة الوضع في البندول والألعاب المرتفعة.
4. شرح قانون حفظ الطاقة وتجنب الاعتقاد بأن الطاقة تختفي عندما يقل أثرها المفيد.
5. حساب كفاءة بسيطة من نسبة الطاقة المفيدة الخارجة إلى الطاقة الداخلة.
6. تصميم تجارب ومخططات ومقارنات توضح التحول والانتقال والكفاءة بطريقة آمنة.

صور الطاقة من حولك

يمكن أن تظهر الطاقة بصور متعددة. ليست هذه الصور مواد مختلفة، بل طرق مختلفة لوصف موضع الطاقة وكيف يمكنها أن تنتقل أو تتحول.

طاقة الحركة هي الطاقة المرتبطة بحركة الجسم. الكرة المتحركة والدراجة الجارية والهواء المتحرك كلها أمثلة. تزداد طاقة الحركة عندما تزداد سرعة الجسم، كما تتأثر بكتلته.

طاقة الوضع الجاذبية ترتبط بموضع جسم في مجال الجاذبية. كتاب على رف مرتفع يملك طاقة وضع أكبر من الكتاب نفسه على الأرض بالنسبة إلى المرجع نفسه. عندما يسقط الجسم يمكن أن تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركة.

طاقة الوضع المرونية تخزن عند شد نابض أو ضغطه أو تشويه جسم مرن. عندما يعود الجسم المرن إلى شكله قد تتحول هذه الطاقة إلى حركة.

الطاقة الحرارية ترتبط بالحركة المجهرية والتفاعلات بين جسيمات المادة. عندما تنتقل الطاقة بسبب فرق في درجة الحرارة نسمي هذا الانتقال حرارة.

الطاقة الكيميائية مخزنة في ترتيبات الذرات والروابط الكيميائية. نجدها في الطعام والوقود والبطاريات. يمكن أن تتحول أثناء تفاعل كيميائي إلى صور أخرى.

الطاقة الكهربائية ترتبط بالشحنات الكهربائية والمجالات والتيار في الدوائر. يمكن أن تتحول بسهولة إلى ضوء أو حرارة أو حركة أو صوت.

الطاقة الضوئية أو الإشعاعية تنتقل على هيئة إشعاع كهرومغناطيسي. ضوء الشمس مثال مهم، ويمكن للخلايا الشمسية أن تحول جزءًا من طاقته إلى كهرباء.

الطاقة الصوتية تنتقل عبر اهتزازات في وسط مثل الهواء. في مكبر الصوت تتحول الطاقة الكهربائية إلى حركة في الغشاء ثم إلى موجات صوتية، ويتحول جزء منها في النهاية إلى طاقة حرارية في الوسط المحيط.

تساعدك أفعوانية الملاهي على تصور التبادل بين الارتفاع والحركة. قرب القمة تكون طاقة الوضع الجاذبية كبيرة، وعند الهبوط تزداد السرعة فتزداد طاقة الحركة.

أفعوانية توضح كيف يرتبط الارتفاع بطاقة الوضع وكيف ترتبط السرعة بطاقة الحركة.

في كثير من المواقف نجمع طاقة الحركة وطاقة الوضع تحت اسم الطاقة الميكانيكية. ويمكن التعبير عنها ببساطة: الطاقة الميكانيكية = طاقة الحركة + طاقة الوضع.

شاهد هذا الفيديو العربي لمراجعة طاقة الحركة وطاقة الوضع، ثم قارن بين المثال الذي يقدمه والفكرة التي تراها في الأفعوانية.

تحميل الفيديو

يوتيوب

قد يقوم يوتيوب بجمع البيانات الشخصية. سياسة الخصوصية

استمرار تجاهل

تجربة آمنة: بندول منزلي بسيط

اربط ممحاة صغيرة بخيط قوي، وثبت الطرف الآخر في نقطة آمنة بمساعدة بالغ عند الحاجة. أبعد البندول عن الوجوه والزجاج. ارفع الممحاة قليلًا ثم اتركها من دون دفع. عند أعلى نقطة تكون السرعة صغيرة وطاقة الوضع كبيرة، وعند المرور بأسفل المسار تكون السرعة أكبر وطاقة الحركة أكبر. لاحظ أن ارتفاع التأرجح يقل تدريجيًا؛ هذا لا يعني أن الطاقة اختفت، بل انتقل جزء من الطاقة الميكانيكية إلى الهواء ونقطة التعليق وتحول جزء منها إلى طاقة حرارية وصوتية.

انتقال الطاقة وتحولها

يمكن للطاقة أن تنتقل بين الأنظمة بطرق متعددة. قد تنتقل ميكانيكيًا عندما يؤثر جسم بقوة في جسم آخر عبر مسافة، وقد تنتقل كهربائيًا عبر دائرة، وقد تنتقل بالحرارة بسبب فرق في درجة الحرارة، وقد تنتقل بالإشعاع مثل ضوء الشمس.

فكر في مصباح يدوي يعمل ببطارية. تبدأ السلسلة بطاقة كيميائية في البطارية، ثم تتحول إلى طاقة كهربائية في الدائرة، ثم يحول المصباح جزءًا منها إلى ضوء وجزءًا آخر إلى حرارة. الرسم التالي يوضح دائرة بسيطة تحتوي خلية ومفتاحًا ومصباحًا.

دائرة بسيطة تساعدك على تتبع انتقال الطاقة من الخلية إلى المصباح.

وهذا رسم بلا تسميات لمصباح متوهج. يسخن السلك الرفيع داخله بشدة عندما يمر التيار، فيصدر ضوءًا وحرارة. لذلك لا تتحول كل الطاقة الكهربائية الداخلة إلى ضوء مفيد.

المصباح المتوهج مثال واضح على تحول الطاقة الكهربائية إلى ضوء وحرارة.

انتقال الطاقة الحرارية

تنتقل الطاقة الحرارية بسبب فرق درجة الحرارة من المنطقة الأعلى حرارة إلى المنطقة الأقل حرارة. توجد ثلاث آليات شائعة:

1. التوصيل: انتقال الطاقة عبر تصادمات وتفاعلات الجسيمات داخل مادة أو بين مواد متلامسة، كما يحدث في ملعقة تلامس ماء دافئًا.
2. الحمل: انتقال الطاقة مع حركة مائع مثل الماء أو الهواء، كما في دوران الماء عند تسخينه.
3. الإشعاع: انتقال الطاقة على هيئة موجات كهرومغناطيسية، ولا يحتاج إلى تلامس مباشر، مثل وصول طاقة الشمس إلى الأرض.

يوضح الشكل الآتي هذه الآليات حول غلاية. إذا ظهرت أسهم أو رموز غير عربية في الوسيط، فاقرأها بمساعدة الشرح السابق: التلامس في جسم الغلاية يمثل التوصيل، وحركة الماء تمثل الحمل، والطاقة التي تصل إلى المحيط من دون تلامس مباشر تمثل الإشعاع.

ثلاث طرق لانتقال الطاقة الحرارية في موقف واحد.

نشاط ملاحظة آمن

ضع ملعقة معدنية وأخرى خشبية في كوب ماء دافئ غير ساخن جدًا لمدة قصيرة وتحت إشراف بالغ إذا لزم الأمر. المس طرفي الملعقتين البعيدين عن الماء بحذر. غالبًا ستلاحظ أن المعدن يوصل الطاقة الحرارية أسرع من الخشب. لا تستخدم ماءً يغلي ولا تسخن الأدوات مباشرة باللهب.

قانون حفظ الطاقة

ينص قانون حفظ الطاقة على أن الطاقة لا تُخلق من العدم ولا تُفنى، لكنها يمكن أن تنتقل من نظام إلى آخر وأن تتحول من صورة إلى أخرى. عند تتبع نظام محدد يجب أن نحسب الطاقة التي تدخل إليه والطاقة التي تخرج منه، لا أن ننظر فقط إلى الصورة التي نرغب فيها.

في نموذج مبسط لنظام معزول لا تدخل إليه طاقة ولا تخرج منه، يبقى مجموع الطاقة ثابتًا. وفي حياتنا اليومية تكون الأنظمة غالبًا مفتوحة نسبيًا، فتنتقل الطاقة إلى البيئة المحيطة على هيئة حرارة أو صوت أو حركة.

مثال البندول مهم: عند أعلى نقطة تكون طاقة الوضع كبيرة وطاقة الحركة صغيرة. أثناء الهبوط تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركة. عند الصعود في الجهة الأخرى يحدث العكس. لو لم توجد مقاومة هواء أو احتكاك مثاليًا لاستمر التبادل مع ثبات الطاقة الميكانيكية. في الواقع يقل ارتفاع البندول لأن الاحتكاك ومقاومة الهواء يحولان جزءًا من الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية وصوتية. الطاقة الكلية محفوظة، لكن الطاقة الميكانيكية وحدها قد تنقص.

شاهد هذا الشرح العربي لقانون حفظ الطاقة، ثم حاول أن تفسر البندول بكلماتك الخاصة.

تحميل الفيديو

يوتيوب

قد يقوم يوتيوب بجمع البيانات الشخصية. سياسة الخصوصية

استمرار تجاهل

ومن الأمثلة اليومية أيضًا كرة ترتد عن الأرض. بعد كل ارتداد تصل عادة إلى ارتفاع أقل لأن جزءًا من طاقتها الميكانيكية يتحول إلى حرارة وصوت وتشوه مؤقت في الكرة والأرض.

تجربة: الكرة المرتدة

اختر كرة آمنة وسطحًا مستويًا بعيدًا عن الأشياء القابلة للكسر. أسقط الكرة من ارتفاع معلوم من دون دفع، وسجل ارتفاع الارتداد الأول. كرر القياس ثلاث مرات وخذ متوسطًا تقريبيًا. إذا كانت الكرة نفسها في كل مرة، فيمكن مقارنة نسبة ارتفاع الارتداد إلى ارتفاع الإسقاط باعتبارها مؤشرًا تقريبيًا على مقدار الطاقة الميكانيكية التي بقيت في الارتداد. ناقش أين ذهبت بقية الطاقة.

الكفاءة ومسارات الطاقة

عند تشغيل جهاز لا تتحول الطاقة كلها عادة إلى الصورة التي نريدها. نسمي الجزء الذي يحقق الهدف الطاقة المفيدة، أما الطاقة التي تنتقل إلى صور أقل فائدة للمهمة الحالية مثل حرارة غير مرغوبة فنصفها أحيانًا بأنها طاقة مشتتة أو غير مفيدة للمهمة. لكنها لم تختف ولم تُفقد من قانون الحفظ.

الكفاءة تقيس مقدار الطاقة المفيدة الخارجة مقارنة بالطاقة الداخلة:

الكفاءة = الطاقة المفيدة الخارجة ÷ الطاقة الداخلة × 100 بالمئة

مثال: إذا دخل إلى جهاز 200 جول من الطاقة وخرج منه 150 جول في الصورة المفيدة، فالكفاءة = 150 ÷ 200 × 100 بالمئة = 75 بالمئة. أما 50 جول الباقية فقد تحولت أو انتقلت إلى صور أخرى، وغالبًا يكون بعضها حرارة أو صوتًا.

يمكن تمثيل أي جهاز بمخطط مسار طاقة. اتبع هذه الخطوات الذهنية: ما مصدر الطاقة؟ ما الصورة الداخلة؟ ما الصورة المفيدة الخارجة؟ ما الصور الأخرى الخارجة؟ أين تنتقل الطاقة بعد ذلك؟

الجهاز أو الظاهرة	مسار الطاقة المبسط	الناتج المفيد	نواتج أخرى
مصباح يعمل ببطارية	كيميائية ← كهربائية ← ضوئية وحرارية	ضوء	حرارة
مكبر صوت	كهربائية ← حركة اهتزازية ← صوتية	صوت	حرارة وحركة غير مفيدة
دراجة مع احتكاك	كيميائية في الجسم ← حركة ميكانيكية	حركة الدراجة	حرارة وصوت
خلية شمسية	ضوئية ← كهربائية	كهرباء	حرارة وانعكاس جزء من الضوء

توضح الحركة الآتية انتقال القدرة بين مصدر كهربائي وحمل كهربائي. الأسهم والرموز التقنية في الوسيط تصف اتجاه التيار والطاقة؛ الفكرة الأساسية لك هي أن المصدر يزوّد الدائرة بالطاقة، بينما يستقبل الحمل الطاقة ويحولها إلى صورة أخرى.

رسم متحرك لمسار الطاقة من مصدر كهربائي إلى حمل.

لماذا لا تعني الكفاءة حفظ الطاقة؟

قد يبدو أن الجهاز منخفض الكفاءة يخالف قانون حفظ الطاقة، لكنه لا يفعل. إذا دخل 100 جول إلى جهاز وخرج 30 جول فقط في الصورة المفيدة، فيجب أن نجد نحو 70 جول في صور أخرى أو منتقلة إلى البيئة. الكفاءة تسأل: كم من الطاقة وصل إلى الهدف المفيد؟ أما قانون الحفظ فيسأل: هل حُسبت الطاقة كلها؟

كذلك لا تخلط بين قانون حفظ الطاقة في الفيزياء وترشيد استهلاك الطاقة في الحياة اليومية. القانون يصف حقيقة طبيعية عن بقاء الطاقة الكلية، أما الترشيد فيعني تقليل استخدام مصادر الطاقة أو اختيار أجهزة تحقق الغرض نفسه بطاقة أقل.

تطبيقات من الماء والشمس إلى الأجهزة

تساعدك التطبيقات الحقيقية على رؤية سلاسل التحول الطويلة. في محطة كهرومائية تكون للماء المخزن على ارتفاع طاقة وضع جاذبية. عند جريانه تزداد طاقة حركته، ثم يدير توربينًا فتظهر طاقة ميكانيكية دورانية، ويحول المولد هذه الطاقة إلى كهرباء. تنتقل بعض الطاقة في كل مرحلة إلى البيئة بسبب الاحتكاك والاضطراب والتسخين والصوت.

شاهد الرسوم المتحركة التالية للسد الكهرومائي. اتبع بعينيك المسار: خزان الماء، ثم جريان الماء، ثم التوربين، ثم المولد، ثم الكهرباء.

سلسلة تحول الطاقة في محطة كهرومائية.

في النظام الكهروضوئي تسقط أشعة الشمس على خلايا شبه موصلة، فتحول جزءًا من الطاقة الضوئية مباشرة إلى طاقة كهربائية. قد تمر الكهرباء بعد ذلك عبر محول أو بطارية أو شبكة قبل أن تصل إلى جهاز يستخدمها.

مخطط محطة كهروضوئية؛ تتبع مسار الطاقة من الشمس إلى الاستخدام الكهربائي.

تأمل هاتفًا يشحن من لوحة شمسية. يمكن كتابة سلسلة تقريبية هكذا: طاقة ضوئية من الشمس ← طاقة كهربائية في اللوحة والأسلاك ← طاقة كيميائية مخزنة في البطارية ← طاقة كهربائية عند تشغيل الهاتف ← ضوء وصوت وحرارة ومعالجة إلكترونية. كل سهم يمثل انتقالًا أو تحولًا أو كليهما.

في جسمك يتحول جزء من الطاقة الكيميائية في الغذاء إلى حركة عندما تمشي أو تركض، وينتقل جزء كبير منها إلى حرارة تساعد في تفسير شعورك بالدفء أثناء النشاط. وفي الدراجة يحول جسمك الطاقة الكيميائية إلى حركة ميكانيكية، بينما يحول الاحتكاك في المكابح طاقة الحركة إلى حرارة عند التوقف.

تحدي التفكير: تتبع خمس خطوات

اختر جهازًا آمنًا من منزلك أو صفك، مثل مروحة أو مصباح أو حاسوب. اكتب خمس مراحل تبدأ بمصدر الطاقة وتنتهي بما يحدث للطاقة في البيئة. ضع سهمًا بين كل مرحلتين، واكتب فوق كل سهم كلمة انتقال أو تحول أو كلاهما. اسأل نفسك في النهاية: أين ظهرت الطاقة المفيدة؟ وأين ظهرت طاقة أقل فائدة للمهمة؟

أفكار شائعة تحتاج إلى تصحيح

الفكرة الأولى: الطاقة تختفي عندما يتوقف جسم متحرك. التصحيح: تتحول طاقة الحركة غالبًا إلى حرارة وصوت وتشوهات مجهرية بسبب الاحتكاك والتصادمات.

الفكرة الثانية: الكهرباء مصدر أولي للطاقة دائمًا. التصحيح: الكهرباء حامل عملي للطاقة، ويمكن توليدها بتحويل طاقة من الشمس أو الماء أو الرياح أو الوقود أو مصادر أخرى.

الفكرة الثالثة: الجهاز الأكفأ يخلق طاقة أكثر. التصحيح: الجهاز الأكفأ يحول نسبة أكبر من الطاقة الداخلة إلى الناتج المفيد، ولا يخلق طاقة جديدة.

الفكرة الرابعة: الحرارة والطاقة الحرارية شيء واحد تمامًا. التصحيح: الطاقة الحرارية خاصية مرتبطة بالحالة المجهرية للمادة، أما الحرارة فهي طاقة تنتقل بسبب فرق في درجة الحرارة.

الفكرة الخامسة: قانون حفظ الطاقة يعني أن علينا فقط إطفاء الأنوار. التصحيح: إطفاء الأنوار مثال على ترشيد الاستخدام، أما قانون الحفظ فهو مبدأ فيزيائي ينطبق على كل التحولات والانتقالات.

مهام تفاعلية

اختبار: اختبر معرفتك

أي صورة من الطاقة ترتبط مباشرة بحركة كرة تتدحرج؟ (طاقة حركية) (!طاقة وضع جاذبية) (!طاقة كيميائية) (!طاقة نووية)

أي جسم يملك طاقة وضع جاذبية أكبر إذا قورن بالجسم نفسه قرب الأرض؟ (جسم موضوع على رف مرتفع) (!جسم ساكن على الأرض) (!مصباح مطفأ) (!ملعقة باردة)

ما أول تحول رئيسي للطاقة داخل بطارية تشغل مصباحًا؟ (من كيميائية إلى كهربائية) (!من صوتية إلى كيميائية) (!من ضوئية إلى وضعية) (!من حرارية إلى نووية)

عند مرور بندول قرب أسفل مساره أين تكون طاقة حركته عادة أكبر؟ (قرب أسفل المسار) (!عند أعلى نقطة فقط) (!بعد توقفه تمامًا) (!لا تتغير في أي موضع)

ماذا يقول قانون حفظ الطاقة؟ (الطاقة الكلية تبقى محفوظة مع إمكان انتقالها وتحولها) (!الطاقة تختفي عند الاحتكاك) (!الطاقة المفيدة تزداد دائمًا) (!كل الأجهزة تحول الطاقة إلى صورة واحدة)

ماذا يفعل الاحتكاك بجزء من الطاقة الميكانيكية عادة؟ (يحول جزءًا منها إلى طاقة حرارية) (!يلغي الطاقة من الكون) (!يحولها كلها إلى طاقة نووية) (!يزيد طاقة الوضع دائمًا)

إذا دخل إلى جهاز مئة جول وخرج ثمانون جول في صورة مفيدة فما كفاءته؟ (ثمانون بالمئة) (!عشرون بالمئة) (!مئة وعشرون بالمئة) (!مئتان بالمئة)

أي طريقة لانتقال الطاقة الحرارية تعتمد على التلامس داخل المادة أو بين مواد متلامسة؟ (التوصيل) (!الحمل فقط) (!الإشعاع فقط) (!التبخر فقط)

ما السلسلة الأنسب لمحطة كهرومائية؟ (وضعية ثم حركية ثم ميكانيكية ثم كهربائية) (!كيميائية ثم نووية ثم صوتية ثم ضوئية) (!ضوئية ثم كيميائية ثم وضعية ثم حرارية) (!صوتية ثم كهربائية ثم وضعية ثم كيميائية)

ما الفرق الأصح بين قانون حفظ الطاقة وترشيد استهلاك الطاقة؟ (الأول مبدأ فيزيائي والثاني سلوك لتقليل الاستخدام أو رفع الكفاءة) (!كلاهما يعني إطفاء المصابيح فقط) (!الأول يخص البطاريات فقط والثاني يخص الشمس فقط) (!لا يوجد فرق بينهما)

لعبة الذاكرة

طاقة الحركة	طاقة ترتبط بحركة الجسم
طاقة الوضع	طاقة ترتبط بموضع الجسم أو حالته
الطاقة الكيميائية	طاقة مخزنة في ترتيبات وروابط المواد
التوصيل	انتقال حراري عبر التلامس والتفاعلات داخل المادة
الكفاءة	نسبة الطاقة المفيدة إلى الطاقة الداخلة
الاحتكاك	تأثير يحول جزءًا من الطاقة الميكانيكية إلى حرارة غالبًا

السحب والإفلات

صِل كل جهاز أو ظاهرة بمسار الطاقة الأنسب.	مسار الطاقة
مصباح يعمل ببطارية	كيميائية إلى كهربائية ثم ضوئية وحرارية
خلية شمسية	ضوئية إلى كهربائية
مكبر صوت	كهربائية إلى اهتزازية ثم صوتية
مكابح دراجة	حركية إلى حرارية
سد كهرومائي	وضعية للماء إلى حركية ثم ميكانيكية ثم كهربائية
بندول متأرجح	تبادل بين وضعية وحركية مع انتقال جزء إلى المحيط

كلمات متقاطعة

حركية	صفة للطاقة التي يمتلكها جسم بسبب حركته
وضعية	صفة للطاقة المرتبطة بموضع جسم في مجال الجاذبية
كيميائية	صفة للطاقة المخزنة في الغذاء والبطاريات
حرارية	صفة للطاقة المرتبطة بالحركة المجهرية لجسيمات المادة
كفاءة	مقياس نسبة الطاقة المفيدة الخارجة إلى الطاقة الداخلة
احتكاك	تأثير يحول جزءًا من الطاقة الميكانيكية إلى حرارة أثناء الحركة

مهام مفتوحة

سهل

1. يوميات الطاقة: راقب خمسة أجهزة أو أحداث آمنة خلال يوم واحد، واكتب لكل منها صورة الطاقة الداخلة والصورة أو الصور الخارجة.
2. بطاقات تحول الطاقة: اصنع ست بطاقات مرسومة تمثل صورًا مختلفة للطاقة، ثم رتبها في سلسلتين صحيحتين واشرح الأسهم بين البطاقات.
3. بندول بسيط: نفذ تجربة البندول الآمن الموضحة في المقرر، وارسم ثلاثة مواضع واكتب أين تكون طاقة الوضع أكبر وأين تكون طاقة الحركة أكبر.
4. مقابلة عن الأجهزة: اسأل بالغًا تعرفه عن جهاز يستخدمه يوميًا، ثم دوّن كيف يظن أن الطاقة تنتقل وتتحول فيه من دون تسجيل أي بيانات شخصية.

متوسط

1. اختبار الكرة المرتدة: قس ارتفاع الإسقاط وارتفاع الارتداد الأول لثلاث محاولات، واعرض النتائج في جدول وفسر أين انتقل جزء من الطاقة.
2. خريطة طاقة المصباح: ارسم مخططًا يبدأ من البطارية وينتهي بالضوء والحرارة، وحدد الناتج المفيد والطاقة المشتتة للمهمة.
3. فيديو دقيقة عن الحفظ: أنشئ فيديو قصيرًا أو تسجيلًا صوتيًا يشرح قانون حفظ الطاقة باستخدام مثال من اختيارك، ويمكنك الاكتفاء بصوتك ورسوماتك من دون إظهار وجهك.
4. مقارنة وسائل الإضاءة: اجمع معلومات مكتوبة على عبوتين أو بطاقتين لمصادر إضاءة مختلفين إن توفرت، وقارن القدرة والغرض المتوقع وناقش أيهما قد يحقق الإضاءة المطلوبة بطاقة أقل.

متقدم

1. تحقيق العزل الحراري: قارن تبريد ماء دافئ في أوعية متشابهة بمواد تغليف مختلفة، مستخدمًا درجات حرارة آمنة وإشرافًا مناسبًا، ثم ارسم تغير درجة الحرارة مع الزمن.
2. تصميم نظام شمسي ورقي: صمم مخططًا ورقيًا لنظام يبدأ بلوح شمسي وينتهي بتشغيل مصباح، وأضف بطارية ومحولًا عند الحاجة وحدد كل تحول وانتقال للطاقة.
3. تدقيق طاقة الصف: راقب مصادر استهلاك الطاقة الظاهرة في صفك من دون لمس تجهيزات كهربائية، واقترح ثلاث طرق تقلل الاستخدام مع الحفاظ على الوظيفة المطلوبة.
4. خطة طاقة متعددة المصادر: أنشئ عرضًا يقارن الشمس والماء والبطاريات من حيث سلسلة التحول والكفاءة التقريبية والقيود العملية، ثم اقترح نظامًا يجمع بينها لموقف افتراضي وادعم اختيارك بالأسباب.

مجالات تعلم مرتبطة

الطاقة وتحولاتها الحركة والسرعة القوى والشغل الدوائر والطاقة الكهربائية الطاقة الحرارية وانتقالها الشمس والماء والرياح الكفاءة وترشيد الاستخدام

يمكنك ربط ما تعلمته هنا بدروس الفيزياء والكيمياء والعلوم البيئية والتقنية. فعند دراسة الكهرباء ستتبع انتقال الطاقة في الدوائر، وعند دراسة التفاعلات الكيميائية ستفهم الطاقة المخزنة في المواد، وعند دراسة البيئة ستقارن مصادر الطاقة وآثار استخدامها، وعند تصميم جهاز ستفكر في الكفاءة وتقليل التحولات غير المفيدة.

مسرد

المصطلح	المعنى
الطاقة	كمية فيزيائية تصف قدرة نظام على إحداث تغيير أو إنجاز شغل.
الجول	وحدة قياس الطاقة والشغل في النظام الدولي.
طاقة الحركة	طاقة ترتبط بحركة الجسم.
طاقة الوضع	طاقة ترتبط بموضع جسم أو ترتيب نظام، مثل الارتفاع في مجال الجاذبية.
الطاقة الحرارية	طاقة مرتبطة بالحركة والتفاعلات المجهرية لجسيمات المادة.
الحرارة	انتقال طاقة بسبب فرق في درجة الحرارة.
الطاقة الكيميائية	طاقة مرتبطة بترتيب الذرات والروابط ويمكن أن تتغير في التفاعلات الكيميائية.
الطاقة الكهربائية	طاقة مرتبطة بالشحنات والمجالات والتيارات الكهربائية.
انتقال الطاقة	انتقال الطاقة من نظام أو جسم إلى آخر.
تحول الطاقة	تغير الطاقة من صورة إلى صورة أخرى.
حفظ الطاقة	مبدأ ينص على أن الطاقة الكلية لا تُخلق ولا تفنى، مع إمكان انتقالها وتحولها.
الكفاءة	نسبة الطاقة المفيدة الخارجة إلى الطاقة الداخلة، وتعبر عادة كنسبة مئوية.
الاحتكاك	تأثير مقاوم للحركة يحول جزءًا من الطاقة الميكانيكية إلى صور أخرى مثل الطاقة الحرارية.