غالبًا ما تدور المناقشات حول مزايا وعيوب القوة البشرية والطاقة بشكل أساسي حول المخاوف المتعلقة بالتلوث ، وسلامة العمال ، وكفاءة الطاقة ، ومدى الإمداد العالمي. معظم الطاقة المطلوبة للحفاظ على وتيرة الحياة العالمية الحديثة مستمدة من مصادر تنتج نفايات غير مرغوب فيها أو تخلق مواقف غير مرغوب فيها.
أكثر من أي شيء آخر ، أصبحت التأثيرات البيئية طويلة وقصيرة المدى تدور حولهاتغير المناخ البشري المنشأ (من صنع الإنسان)، بصرف النظر عن التلوث بالمعنى التقليدي (على سبيل المثال ، الدخان المرئي من محطات الكهرباء التي تعمل بالفحم ، أو مياه الصرف الصحي من الأنشطة الصناعية المختلفة).
وذلك لأن احتراق الوقود الأحفوري ينتج عنه إضافة ثاني أكسيد الكربون2 (ثاني أكسيد الكربون) و "غازات الاحتباس الحراري" الأخرى في الغلاف الجوي للأرض ، مما يؤدي إلى زيادة احتباس الحرارة بالقرب من سطح الكوكب.
الطاقة والعمل
تركز إيجابيات وسلبيات القوة البشرية على عوامل أخرى غير التلوث. يسمى مقدار العمل المفيد الذي يمكن القيام به باستخدام عملية معينة فيما يتعلق بإدخال الطاقة الكفاءة الميكانيكية (ناتج الطاقة مقسومًا على مدخلات الطاقة ، معبرًا عنها كنسبة مئوية) ، أيضًا القضايا.
غالبًا ما تتمثل عيوب القوة البشرية في أن البشر بمفردهم يمكنهم القيام بعمل أقل كفاءة بكثير ولفترة زمنية أقصر بكثير مما يمكن إنجازه من العمل المعزز بالآلة.
طاقةفي الفيزياء ، وحدات قياس المسافة مضروبة في القوة (حاصل ضرب الكتلة ومعدل التغير في السرعة أو التسارع). هذه الوحدة هي نيوتن متر ، والتي تستخدم عادة للعمل ، وتسمى أيضًا الجول.
يتم إنتاج هذه الوحدة باستخدام مجموعات أخرى من الوحدات ؛ على سبيل المثال ، يتم الحصول على الطاقة الحركية الخطية (KE) من الصيغة (1/2) mv2,، بينما الطاقة الكامنة في شكل mgh ، حيث m = الكتلة ، g = التسارع بسبب الجاذبية (9.8 m / s2 على الأرض) و h = الارتفاع فوق الأرض أو نقطة مرجعية صفرية أخرى).
أمثلة القوة البشرية
قوةفي الفيزياء هي ببساطة الطاقة لكل وحدة زمنية ، أو معدل العمل في نظام يتم فيه استخدام الطاقة في الاستخدام الميكانيكي. تتضمن أمثلة القوة البشرية البسيطة الركض إلى أعلى التل أو رفع الأثقال ؛ كلما زادت الطاقة لكل وحدة زمنية ، زاد إنتاجها من الطاقة.
إذا صعدت درجًا معينًا في 10 ثوانٍ ، فإن طاقتك المحتملة تتغير بنفس المقدار كما لو كنت تصعد الدرج في 5 ثوانٍ أو 15 ثانية. لكن قوتك تعتمد على مقدار الوقت الذي تستغرقه للوصول إلى القمة ، وفي كل حالة قمت بنفس القدر من العمل البدني.
أنواع الطاقة
حركيةوالطاقة الكامنةتشكل الكائنالطاقة الميكانيكية.تحتوي الأجسام أيضًا على ما يسمى بالطاقة الداخلية ، والتي تتعلق بشكل أساسي بالحركة الاهتزازية السريعة للجسيمات المكونة للمادة الدقيقة على المستوى الجزيئي.
تأتي الطاقة في عدد من الأشكال الأخرى أيضًا: الطاقة الكيميائية(مخزنة في روابط الجزيئات) ،طاقة كهربائية(ناتج عن فصل الشحنات والمجال الكهربائي) والحرارة، وهو أمر يصعب استخدامه في معظم الأنظمة في العمل وبدلاً من ذلك "يتبدد" في الغالب.
اشتقاق الطاقة من الطاقة يعني حرق الوقود (النفط والغاز الطبيعي والفحم ؛ بعض أنواع الوقود الحيوي) ، باستخدام الطاقة الحركية للمياه أو الرياح المتدفقة (الطاقة المائية أو طاقة الرياح) أو الذرات "المنقسمة" (الطاقة النووية).
تخزين الطاقة الميكانيكية
في حين أن الأرض لديها الكثير من الوقود المتاح لإنتاج الطاقة (معظمها من الكهرباء) ، فإن تخزين الطاقة يمثل تحديًا كبيرًا.بطارياتلا يمكن حاليًا توفير حتى جزء صغير من الطاقة اللازمة للحفاظ على التصنيع وشبكات الاتصالات والنقل العالمي في جميع أنحاء العالم لفترة طويلة جدًا.
في بعض المناطق ذات الجغرافيا الملائمة ، من الممكن الاحتفاظ بخزان مياه أعلى من محطة توليد الكهرباء واستخدام طاقة الجاذبية الكامنة في هذا خزان لتوليد الطاقة الكهرومائية على المدى القصير من خلال السماح لها بالتدفق من أعلى إلى مناطق منخفضة وتشغيل توربينات مولدات الكهرباء في هذه العملية. ومع ذلك ، كما قد تتخيل ، فإن هذا الإجراء المؤقت لن يعمل لفترة طويلة جدًا في منطقة مكتظة بالسكان.
مستقبل تخزين الطاقة
أحد الانتقادات الموجهة إلى مصادر الطاقة المتجددة ، ولا سيما الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، هو عدم موثوقيتها بسبب طبيعتها التي تأتي وتذهب ؛ تحدث أيام أو فترات هادئة ، وكذلك الأيام الملبدة بالغيوم.
بفضل الحتمية الدولية لمواصلة إنتاج الطاقة مع محاولة تقليل الضرر الذي يلحق بالبيئة ، قامت مجموعة من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بالقرب من بوسطن ، ماساتشوستس ، بدأ العمل 2018 بهدف تخزين كميات فعالة من الطاقة الشمسية قوة.
اقترحت المجموعة استخدام خزانات من السيليكون المصهور لتخزين هذا النوع من الطاقة وإطلاقها عند الطلب ، و توقع أنه في النهاية ، يمكن أن ينتج عن تصميمهم المفاهيمي منتجًا متفوقًا بشكل كبير على صناعة اليوم اساسي،بطاريات الليثيوم أيون.