قانون حفظ الطاقة في الكيمياء

• ١ قانون حفظ الطاقة
  • ١.١ حركة الأجسام
  • ١.٢ قانون حفظ الطاقة في الكيمياء
  • ١.٣ تبادل الطاقة

قانون حفظ الطاقة هو أحد القوانين الفيزيائيّة المشهورة، والذي يخضع له كل شيء في هذا الكو ن في حالة وجوده ضمن نظام معزول، ويعبّر النظام المعزول عن النظام الذي لا يمكنه تبادل الطاقة أو المادة مع المحيطات.

ينص قانون حفظ الطاقة في أي نظام معزول على أنّ: الطّاقة لا يمكن أن تفنى أو تستحدث من اللاشيء، ولكنّها تتحول من صورة إلى أخرى ومن شكل إلى آخر. وهُناك عدّة أنواع للطاقة في الكون؛ كالطاقة الميكانيكيّة، والكيميائيّة، والحرارية، والشمسية، والنووية، والكهربائيّة، والضوئيّة، والمتجددة، وفي هذه الحالة فإنّ الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم، ولكن تتغيّر ضمن أشكال الطاقة المذكورة سابقاً.

تعتبر دراسة حركة الأجسام، وطبيعة تحويلات الطاقة بينها أحد أهم اهتمامات العديد من العلماء، ومرّت ضمن مراحل عديدة، وأوّل العلماء الذين درسوها هو العالم جاليليو؛ حيث درس حركة البندول الاهتزازيّة؛ ومن خلالها تتحوّل طاقة الوضع إلى طاقة حركيّة، أي أنّ الطاقة تبقى محفوظة ضمن نظام مغلق طالما أنّ الكتل لا تتفاعل مع بعضها البعض والنظام خالي من قوّة الاحتكاك.

هُناك قانون في الكيمياء يفسّر حفظ الطاقة في الأجسام يُعرف باسم قانون الديناميكا الحراريّة، وينصّ هذا القانون على أنّ: لكل نظام ديناميكي حراريّ كميّة محددة من الطاقة، وتنقسم هذه الطاقة إلى طاقة خارجيّة، وطاقة داخلية للنظام، ومجموعهما يمثّل الطاقة الكليّة للنظام، وفي حالة دراسة التغيرات التي تحدث على النظام الكلي نهتم بدراسة مقدار الطاقة الداخلية، ونهمل مقدار الطاقة الخارجية، ونعتبرها صفراً. وينص هذا القانون أيضاً على أنّ الطاقة الداخلية للنظام تعادل التغير في الشغل، بالإضافة إلى التغير في مقدار درجة الحرارة.

تنقسم أنظمة تبادل الطاقة إلى نوعين؛ وهما: الأنظمة المغلقة، وهي التي لا يمكن الحصول على تبادل للحرارة أو للمواد مع المحيط فيها، والأنظمة المفتوحة؛ وهي التي يمكن فيها تبادل الطاقة مع المحيط ونظام آخر.

ينص قانون حفظ الطاقة في النظام المفتوح على أنّ: الطاقة الداخلة إلى النظام المطروح منها الطاقة الخارجة منه، تعادل مقدار التغير في طاقة النظام، وعن طريق دراسة مقدار التغير في طاقة النظام يمكن التعرّف على طبيعة العمليّات التي من الممكن أن تحصل فيها إذا لم نستطع رؤيتها.

استفاد علماء الهندسة الميكانيكيّة من مبدأ حفظ الطاقة في ابتكار أساليب جديدة للحصول على طاقة مفيدة للاستخدام البشري؛ كاستخدام الطاقة الشمسية، وتحويلها إلى طاقة كهربائيّة باستخدام بعض أنواع المعدات.