تقديم نموذج الطاقة

تمثل الجملة جسما ( أو مجموعة من الأجسام ) من السلسلة الوظيفية ، و تحدد بالنسبة لمحيطها المسمى الوسط الخارجي .

مثال : يمكن أن نسمي كل جسم في السلسلة الوظيفية الموالية جملة .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

كما يمكن و حسب ما تقتضيه الدراسة اعتبار المحرك والدولاب جملة واحدة ندعوها الجملة 6 فيصبح التمثيل كما يلي:

باستعمال منوب و بكرة و جسم صلب و أسلاك توصيل و مصباح كهربائي نحقق التركيب المقابل.

1. صف في فقرة وجيزة اشتغال التركيب المقابل .
2. مثل السلسلة الوظيفية لهذا التركيب .
3. ما الذي يربط توهج المصباح بسقوط الجسم .

1. نلاحظ أنه أثناء سقوط الجسم الصلب نحو سطح الأرض يتوهج المصباح نتيجة دوران المنوب فينتج تيار كهربائي .

يتضح من هذا النشاط أن الطاقة يمكن أن تخزن وفق أشكال معينة، ويمكنها أن تتحول من شكل إلى آخر.

يمكن أن نميز أربعة أنماط لتحويل للطاقة :
• التحويل الميكانيكي Wm : يتحقق هذا التحويل بواسطة قوى عندما تنتقل نقاط تطبيقها .
• التحويل الحراري Q : يحدث هذا التحويل عندما تتلامس أجسام ليس لها نفس درجة الحرارة .
• التحويل الكهربائي We : يتحقق هذا التحويل عندما يعبر تيار دارة كهربائية .
• التحويل بالإشعاع Er : يحدث هذا التحويل عندما يرسل أو يستقبل جسم إشعاعا كهرومغناطيسيا .
ب- أشكال تخزين الطاقة :

يمكن أن تتخزن الطاقة وفق أشكال مختلفة منها :
• على المستوى العياني :
الطاقة الحركية Ec للجملة :هي طاقة لها علاقة بحركة الجملة أي بسرعتها .

الطاقة الكامنة Epنذكر منها الطاقة الكامنة المرونية Epe والطاقة الكامنة الثقالية Epp.
• على المستوى المجهري :
الطاقة الداخليةEiالمتعلقة بالحالة المجهرية للجسم .

نطور النموذج المستعمل في السلسلة الوظيفية إلى نموذج آخر يدعى "السلسلة الطاقوية" الذي نعوض فيه أفعال الأداء بأنماط التحويل للطاقة ،كما تعوض أفعال الحالة بأشكال التخزين المذكورة سابقا .
يربط بين التعبير الطبيعي و التعبير العلمي ( الطاقوي ) كما يلي :

مثال:1السلسلة الطاقوية لاشتعال مصباح معينبواسطة سقوط حجر :

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

نربط كما هو مبين في الشكل المقابل مصباح ، جسم صلب و منوب ونحاول أن نتابع ماذا يحدث للمصباح من اجل ثلاث وضعيات مختلفة للجسم.

1. ماذا تلاحظ فيما يخص توهج المصباح في الوضعيات الثلاث للجسم ؟وماذا تستنتج .
2. ماذا تستنتج بالنسبة لطاقة كل جملة ( جسم+الأرض )
3. عندما كان الجسم في الوضعية 1 ،2 ، 3 ؟
4. بماذا تتعلق هذه الطاقة ؟

نـشـاط 3 :

نقوم بنفس التجربة السابقة ولكن الجسمان مختلفان في الكتلة ونتركهما يسقطان من على نفس الارتفاع .

1. ماهو المصباح الذي سيضاء بشدة أكثر ؟
2. ماذا تستنتج بالنسبة لطاقة كل جملة ؟
3. بماذا تتعلق هذه الطاقة ؟

استنتج باكمال الفراغات :
عندما يكون جسم ذو كتلة M على ارتفاع h من سطح الأرض ، فان الجملة ( الجسم+ الأرض ) تخزن .........نسميها....... ......... .......... وهي تتعلق ........

قدف كرة بواسطة نابض: ( flipper : البليار الكهربائي ).
يسحب طفل المقبض c ( الحالة 2 ) فينظغط النابض بمقدار x ثم يتركه ليعود إلى حالته الأصلية فنلاحظ انتقال الكرة على المسار الذي نعتبره أفقي وأملس .

1. هل يخزن النابض طاقة في الحالة 1:
2. هل تكتسب الكرة طاقة في الحالة 2 .
3. هل تكتسب الكرة طاقة في الحالة 3 .إذا كان الجواب بنعم ،
4. ما شكل هذه الطاقة ؟ بماذا تتعلق ؟ و من أين اكتسبتها ؟
5. هل يملك النابض طاقة في الحالة 2 . إذا كان الجواب بنعم ،
6. ما شكل هذه الطاقة ؟ بماذا تتعلق ؟ و من أين اكتسبتها ؟
7. ماهو نمط تحويل الطاقة من النابض إلى الكرة ؟علل .
8. مثل السلسلة الطاقوية للتركيب .

استنتج بإكمال الفراغات :
عندما يكون النابض منضغطا ( مستطالا) فانه يخزن ......... تتعلق بمقدار .........نسميها الطاقة ..............و نرمز لها ﺒ Epe .كلما زاد مقدار انضغاط (استطالة ) النابض زادت طاقته .................المخزنة .

نتيجة:
في الحالة 2 ، النابض يملك
طاقة لأنه باستطاعته العودة إلى حالته الأصلية (1) و بإمكانه جعل الكرة
تتحرك إلى الأمام .العمل المقدم من طرف الطفل خلال سحبه للمقبض يسمح بزيادة
الطاقة المخزنة في النابض .

خلاصة : أشكال الطاقة
* على المستوى العياني :
1. الطاقة الحركية :هي طاقة لها علاقة بحركة الجسم أي بسرعته في معلم معين و نرمز لها Ec .
2. الطاقة الكامنة :هي طاقة لها علاقة بالموضع (التأثيرات المتبادة بين الأجسام) ونرمزلها Ep ونميز نوعين :
أ- الطاقة الكامنة الثقالية :هي طاقة يخزنها جسم نتيجة وجوده بجوار الأرض و نرمز لها بالرمز Epp .
ب- الطاقة الكامنة المرونية :هي طاقة تتعلق بمقدار تشوه الجسم المرن و نرمز لها بالرمز Epe .
* على المستوى المجهري :
الطاقة الداخلية :هي طاقة تتعلق بالحالة المجهرية للجسم وسيتم التطرق لها في أخر الدرس .

إن
مختلف الأشكال التي تتواجد عليها الطاقة ليس لها نفس الأهمية ، فمثلا
عندما ندرس السلسلة الطاقوية لتغدية مصباح بواسطة عمود، يتضح مايلي:
• يحول المصباح الطاقة المستقبلة إلى الوسط الخارجي (الحجرة) على شكل اشعاع مرئي Er : طاقة مفيدة .
• يحول المصباح جزء من الطاقة المستقبلة كذلك على شكل إشعاع غير مرئي و حرارة Q : طاقة غير مفيدة .
مبدأ انحفاظ الطاقة لا ينطبق على الطاقة المفيدة فقط و لكن على الطاقة الغير مفيدة كذلك.
ملاحظة: نعبر عن الطاقة المفيدة بسهم مستمر , أما الغير المفيدة بسهم متقطع .
مثال1 :

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

اصطلاح : نعتبر الطاقة موجبة إذا اكتسبتها الجملة وسالبة إذا فقدتها الجملة .
• وحدة الطاقة : وحدتها في الجملة الدولية هي الجول(Joule) و رمزها ( J ) .

6- الحصيلة الطاقوية :
عند تمثيل الحصيلة الطاقوية لتحول طاقوي معين في جملة أو من جملة إلى أخرى فإننا نتبع الخطوات التالية :
1. نمثل شكل الطاقة التي يمكن لها أن تتغير بعمود واحد لكل شكل من الطاقة داخل الفقاعة الممثلة للجسم أو الجملة .
2. نبين داخل العمود كيفية تحول الطاقة من قيمتها الابتدائية Ei المخزنة إلى قيمتها النهائية Ef .
3. يشير السهم الرابط بين القيمتين إلى جهة تغير الطاقة المخزنة ( زيادة أو نقصان) .
4. في حالة غياب العمود الممثل لتحول الطاقة المخزنة داخل الفقاعة فان هذا يعني أن هذه الطاقة لا تتغير .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

مثال 1 : - أرسم الحصيلة الطاقوية بين لحضتين (t1) و (t2). للتركيبة التالية : تحريك عربة بواسطة مذخرة .

تمرين محلول :
يقدف لاعب كرة نحو الأسفل (smash )بإعطائها طاقة حركية ابتدائية Ec1 .المطلوب :
1. مثل الحصيلة الطاقوية و اكتب معادلة انحفاظ الطاقة في حالة اختيار الجملة ( الكرة + الأرض) .
2. مثل الحصيلة الطاقوية و اكتب معادلة انحفاظ الطاقة في حالة اختيار الجملة ( الكرة) .
الحل :
1- تزداد الطاقة الحركية للكرة بينما الطاقة الكامنة تتناقص في حين تستقبل الكرة تحويلا ميكانيكيا Wm من يد اللاعب.
• الحصيلة الطاقوبة :

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

• معادلة انحفاظ الطاقة :
الطاقة الابتدائية للجملة هي : طاقة حركية Ec₁ +طاقة كامنة Ep₁ و الطاقة المكتسبة (المستقبلة ) هي :Wm .
الطاقة النهائية هي : طاقة حركية Ec₂ + طاقة كامنة Ep₂ .

• معادلة انحفاظ الطاقة :
Ec₁+Wm₁-Wm₂=Ec₂

ملاحظة :
• عند إدماج الأرض في الجملة المدروسة ، يجب إدخال الطاقة الكامنة الثقالية في الحصيلة الطاقوية .
• عدم إدخال الأرض في الجملة وبالتالي عدم اللجوء إلى مفهوم الطاقة الكامنة، وإجراء الاستدلال بعمل قوة الثقالة.

7- استطاعة تحويل :

نـشـاط5 :
عند تفربغ الماء ببطء، يسقط على العنفة ، فيديرها ، فتسحب هذه الأخيرة الدينامو. فيغذي بذلك المصباح فيلمع.

1. كيف هوتوهج المصباح؟ .
2. كيف نزيد من توهج المصباح دون تغيير عناصر التركيبة ؟

الجــواب
1. توهج المصباح ضئيل .
2. التفريغ بغزارة (بسرعة) وبذلك نزيد من سرعة دوران العنفة وبالتالي الدينامو . فيزداد بذلك توهج المصباح .

الإستنتاج :
• ندعوسرعة تحويل الطاقة بـ إستطاعة التحويل لهذه الطاقة .
• اذا كانت (Ε) تمثل الطاقة المحولة ، و (t) مدة تحويلها ،تعطى استطاعة النحويل( P) بالعبارة التالية

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]