كتاب الطالب علوم الصف 9 العام الفصل الثالث
محتوى الموضوع
هدا الملف ل الصف 9 عام لمادة علوم الصف 9 الفصل الثالث
كتاب الطالب علوم الصف 9 العام الفصل الثالث
الوقود الأحفوري
يحول حرق الوقود الأحفوري طاقة الوضع الكيميائية إلى طاقة حرارية يتم تحويلها لاحقا إلى أشكال أخرى مفيدة
الربط مع الحياة اليومية يلمع البرق، وتنقطع الكهرباء عندك، فتشعر بالإحباط لأنك لن تتمكن من شحن هاتفك الخلوي أو استخدام الإنترنت أو الموقد الكهربائي لإعداد العشاء
موارد الطاقة
كم عدد المناحي المختلفة التي اعتمدت فيها على موارد الطاقة اليوم؟ يمكنك رؤية الطاقة تستخدم في العديد من المناحي على مدار اليوم، كتلك المبينة في الشكل 1. تستخدم المدافئ والمواقد الطاقة الحرارية لتدفئة المباني وطهي الطعام، كل بما يخصه، وتستخدم مكيفات الهواء الطاقة الكهربائية لتبريد المنازل. كما تستهلك السيارات وغيرها من وسائل النقل المسافة الميكانيكية لنقل الأشخاص والمواد من منطقة إلى أخرى
تحول الطاقة وفقا لقانون حفظ الطاقة. لا يمكن أن تستحدث الطاقة أو تفنى ولكنها يمكن فقط أن تتحول من شكل إلى آخر، إن المقصود باستخدام الطافة هو تحويلها من شكل إلى آخر، فعلى سبيل المثال، أنت تستخدم الطاقة عندما تتحول طاقة الوضع الكيميائية الناتجة عن الفحم أو النفط أو الغاز الطبيعي إلى طاقة حرارية تدفيء منزلك
تتحول الطاقة أحيانا إلى شكل غير مفيد، فعندما ينتقل التيار الكهربائي عبر خطوط الكهرباء، مثلا، بذول نحو %10 من الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية، وهذا يقلل كمية الطاقة الكهربائية المفيدة التي تصل إلى المنازل والمدارس والشركات
استخدام الطاقة في الولايات المتحدة
كانت الطاقة المستخدمة سنويا في الولايات المتحدة، في 2009 أكثر من أي بلد آخر في العالم، ويبين الشكل 2 استخدام الطاقة في الولايات المتحدة عام 2008، فاستخدمت المنازل نحو %22 من الطاقة من أجل التدفئة والتبريد وتشغيل الأجهزة | وتوفير الإضاءة وغير ذلك من الاحتياجات المنزلية، واستخدم النقل وتشغيل المركبات مثل السيارات والطائرات نحو %28 ، واستخدمت الشركات كذلك 19 % في تدفئة المتاجر والمباني وتبريدها وإضاءتها. واستخدم مجال الصناعة والزراعة نحو %31 من هذه الطاقة في التصنيع وإنتاج الغذاء
كما هو مبين في الشكل 2 كان حرق الوقود الأحفوري مصدرا لحوالي 85 % من الطاقة المستخدمة في الولايات المتحدة. وقد وفرث محطات توليد الطاقة النووية %8 بالمئة، في حين وفرت موارد الطاقة البديلة %7.
تكون الوقود الأحفوري
من الممكن أن تستهلك السيارة 7.5 الى 11 لتر من الجازولين، خلال ساعة واحدة من القيادة، وقد يصعب تصديق أن تكون الوقود المستخدم في تشغيل السيارة وتوليد الكهرباء وتدفئة منزل يستغرق ملايين السنين، إن الفحم والغاز الطبيعي والبترول مواد عرف أيضا بالنفط الخام وهي عبارة عن وقود أحفوري لأنها تتكون من بقايا نباتات وحيوانات قديمة طمرت وتغيرت عبر ملايين السنين.
تفاعلات الاحتراق عند حرق الوقود الاحفوري، يحدد تفاعل الاحتراق وأثناء هذا التفاعل، تتحد ذرات الكربون والهيدروجين من الأكسجين في الهواء لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء، تحول هذه العملية طاقة الوضع الكيميائية المخزنة في الروابط الموجودة بين الذرات إلى طاقة حرارية وضوء، والطاقة المخزنة في الوقود الأحفوري أكثر من الطاقة المخرنة في الخشب، إذ يطلق حرق kg 1 من الفحم في الواقع من الطاقة ما يتراوح بين ضعفين وثلاثة أضعاف ما يطلقه حرق kg 1 من الخشب، يبين الشكل محتوی الطاقه في أنواع مختلفة من الوقود
البترول
تضخ، كل يوم، ملايين اللترات من البترول، وهو وقود أحفوري، من الآبار الموجودة داخل القشرة الأرضية، إن البترول عبارة عن سائل قابل للاشتعال يتكون من تحلل كائنات حية قديمة، مثل العوالق المجهرية والطحالب، وهو خليط من آلاف المركبات الكيميائية، معظم هذه المركبات هيدروكربوني وهذا يعني أن جزيئاتها مكونة من ترتيبات مختلفة من ذرات الكربون والهيدروجين.
التقطير التجزيئي تختلف المركبات الهيدروكربونية الموجودة في البترول وفقا لعدد ذرات الكربون والهيدروجين وترتيباتها، إن تركيبة الهيدروكربون وبنيته الكيميائية يحددان خصائصه الكيميائية والفيزيائية
يمكن فصل المركبات الهيدروكربونية العديدة والمختلفة للبترول في عملية تسمى التقطير التجزيئي. وتحدث عملية الفصل هذه في أبراج التقطير الموجودة داخل معامل تكرير النفط، في البداية، يضخ البترول إلى أسفل البرج ويسخن. وتغلي المركبات الكيميائية الموجودة في البترول عند درجات حرارة مختلفة، ترتفع المواد ذات درجات الألبان المنخفضة إلى أعلى البرج في صورة بخار وتجمع من البرج، أما الهيدروكربونات ذات درجات الغليان المرتفعة، مثل الأسفلت والشمع، فتظل سائلة وتصفى من أسفل البرج،
التأكد من فهم النص اشرح طريقة فصل المركبات الكيميائية المكونة : للبترول
استخدم البترول يوفر البترول نحو %38 من إجمالي الطاقة المولدة في الولايات المتحدة كل عام، لكن ما يقارب ال %15 من المواد المستخرجة من البترول في الولايات المتحدة لا تستخدم كوقود، نقص المواد الموجودة في المنزل وغرفة الصف. هل ترى أي مواد بلاستيكية؟ إلى جانب الوقود، فإن المواد البلاستيكية والياف الصناعية ومستحضرات التجميل والأدوية، مثل المبينة في الشكل 4، تصنع من البترول. كما أن مواد التشحيم مثل الشحم وزيت المحركات، بالإضافة إلى منتجات أساسها الشمع والأسفلت، تصنع من البترول.
أصل الفحم
تقع مناجم الفحم في مواقع المستنقعات القديمة، تكون الفحم کمادة نباتية تمت في المستنقعات وطمرت تحت الرواسب وتحللت وتعرضت للضغط متحولة إلى خث. وعلى مدى ملايين السنين، عمل كل من الحرارة والضغط على تحويل الخث إلى فحم
إن الفحم خليط من مركبات هيدروكربونية ومركبات كيميائية أخرى، وهو يحتوي على شوائب كيميائية كثيرة، مثل المركبات الكبريتية والنيتروجينية وذلك مقارنة بالبترول والغاز الطبيعي، نتيجة لذلك. تنتج عن حرق الفحم مواد ملونة أكثر، بما فيها ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين.
التأكد من فهم النص صف طريفة تكون الفحم
استخدام الفحم إن الفحم هو الوقود الأحفوري الأكثر وفرة في العالم. ومن المقدر أن تدوم كمية الفحم المتوافرة لمدة تتراوح بين 200 إلى 250 سنة وفا المعدل استهلاكنا الحالي، ونظرا إلى ما يوفره الفحم من إمدادات، پبحث العلماء عن طرق لجعله مصدرا للطافة أكثر نظافة. فعلى سبيل المثال، نجحت المرشحات الموجودة على المداخن في خفض كميات الجسيمات الضارة المنطلقة في الغلاف الجوي عند حرق الفحم
الكهرباء
يبين الشكل ، أن حوالي %70 من الطاقة الكهربائية المستخدمة في إحدى الدول تنتج عن حرق الوقود الأحفوري، مثل الفحم، کیف تتحول طاقة الوضع الكيميائية الحرة في الوقود الأحفوري إلى طاقة كهربائية في محطة توليد الطاقة؟ يوضح الشكل 7 عملية تحول الطاقة
الغاز الطبيعي
إن العمليات الكيميائية التي أنتجت البترول، انطلاقا من الكائنات الحية القديمة المتحللة والمطمورة في قاع البحر، عملت أيضا على تكوين الغاز الطبيعي، ونظرا إلى وجود اختلافات في الكثافة، تتواجد مركبات الفاز الطبيعي قليلة الكثافة محتبسة في الجزء العلوي من المستودعات البترولية إن الغاز الطبيعي وقود أحفوري يمثل الميثان النسبة الأكبر من مكوناته، ولكنه يحتوي أيضا على مركبات غازية هيدروكربونية أخرى، مثل البروبان والبيوتان.
يحتوي الغاز الطبيعي على كمية كبيرة من طاقة الوضع الكيميائية في الكيلوجرام الواحد أكبر من الكمية التي يحتوي عليها البترول أو الفحم بالإضافة إلى ذلك، يتم حرق الغاز الطبيعي بصورة أنظف من احتراق أنواع الوقود الأحفوري الأخرى منتجا مواد ملونة أقل ولا يترك أي بقايا من الرماد. يتم حرق الغاز الطبيعي لتوفير الطاقة من أجل الطهي والتدفئة والتصنيع وتعمل بعض السيارات والحافلات كذلك باستخدام الغاز الطبيعي،
الفحم
إن الفحم وقود أحفوري صلب يمكن إيجاده في المناجم، مثل المبين في الشكل 5 خلال النصف الأول من القرن العشرين، اعتمدت تدفئة منازل كثيرة حول العالم على حرق الفحم. أما في الوقت الحالي، فإن ما يقارب ثلثي الطاقة المستخدمة مصدرها البترول والغاز الطبيعي أما الفحم فيشكل مصدر ربع الطاقة المستخدمة