الطاقة في حياتنا: من قوانين الفيزياء إلى صحة الجسم

تُعرّف الطاقة في الفيزياء بأنها القدرة على إحداث تغيير أو بذل شغل. وهي ليست مادة نراها مباشرة، بل نقيس آثار انتقالها وتحولها. وقد تطور فهمها مع دراسة الحركة والحرارة والكهرباء، حتى اتضح أن هذه الظواهر ترتبط بقوانين مشتركة، وليست أحداثًا منفصلة تمامًا.

من أهم هذه القوانين حفظ الطاقة: فهي لا تُخلق من العدم ولا تختفي، وإنما تنتقل أو تتحول. وعند حساب الطاقة الكلية لنظام ندرس مجموع الصور الموجودة فيه. وفي النظام المعزول يظل المجموع ثابتًا، رغم أن بعض الطاقة قد يتشتت كحرارة يصعب الاستفادة منها عمليًا.

يمكن وصف الطاقة بحسب صورتها وطريقة تخزينها أو انتقالها. ولا يعني تعدد الأسماء أنها كيانات منفصلة؛ فالجهاز الواحد قد يحول عدة صور خلال تشغيله.

• الطاقة الحركية: يمتلكها الجسم بسبب حركته، مثل الماء الجاري والهواء المتحرك.
• طاقة الوضع: ترتبط بالموقع أو الترتيب، مثل الماء المخزن خلف سد أو نابض مضغوط.
• الطاقة الحرارية: ترتبط بالحركة المجهرية للجسيمات وتفاعلاتها، وتنتقل الحرارة بسبب اختلاف درجات الحرارة.
• الطاقة الكيميائية: ترتبط بالبنية الكيميائية للمواد، ويمكن أن تتحرر خلال تفاعلات الغذاء والوقود والبطاريات.
• الطاقة الكهربائية: ترتبط بالشحنات الكهربائية، ويمكن نقلها عبر الدوائر لتشغيل الأجهزة.
• الطاقة الإشعاعية: تحملها الموجات الكهرومغناطيسية، ومنها الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء.
• الطاقة النووية: ترتبط بنوى الذرات، وتتحرر في عمليات مثل الانشطار والاندماج.

وللجسيمات طاقة تعتمد على خصائصها وحركتها وتفاعلاتها، بينما يحمل الشعاع الكهرومغناطيسي الطاقة عبر فوتونات. وليس كل إشعاع مؤينًا أو ذا الخطورة نفسها؛ فتأثيره الصحي يعتمد على نوعه ومقدار التعرض له.

يحول المصباح الطاقة الكهربائية إلى ضوء وحرارة، وتحول توربينات الرياح جزءًا من طاقة حركة الهواء إلى كهرباء. وفي محرك السيارة تتحول الطاقة الكيميائية للوقود إلى حرارة ثم إلى حركة، مع فقد جزء من الطاقة المفيدة إلى البيئة.

يحدث مبدأ مشابه داخل الجسم، لكن عبر تفاعلات حيوية منظمة. فالطاقة لا تختفي عندما نمارس الرياضة؛ بل يتحول جزء منها إلى عمل عضلي، ويخرج جزء كبير على هيئة حرارة. لذلك ترتفع حرارة الجسم ويزداد التعرق أثناء المجهود.

الجول هو وحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات. وفي التغذية يُستخدم عادة الكيلوجول أو الكيلوسعرة الحرارية، التي تُسمى على الملصقات غالبًا «سعرة حرارية». أما استهلاك الكهرباء المنزلي فيُقاس عادة بالكيلوواط ساعة.

• الكيلوجول الواحد يساوي ألف جول.
• الكيلوسعرة الحرارية الواحدة تساوي نحو 4.184 كيلوجول.
• للتحويل من الكيلوسعرة إلى الكيلوجول، اضرب القيمة في 4.184.
• للتحويل من الكيلوجول إلى الكيلوسعرة، اقسم القيمة على 4.184.
• الكيلوواط ساعة يساوي 3.6 مليون جول، وهو وحدة طاقة وليس وحدة قدرة.

القدرة تعني سرعة استخدام الطاقة أو تحويلها، وتُقاس بالواط. لذلك يختلف سؤال «كم طاقة يستهلك الجهاز؟» عن سؤال «ما قدرته؟»، إذ يعتمد الاستهلاك أيضًا على مدة التشغيل.

المصادر المتجددة

تشمل الطاقة الشمسية، والرياح، والمياه المتدفقة، والمد والجزر، والحرارة الجوفية. تستخدم الألواح الشمسية ضوء الشمس لإنتاج الكهرباء، بينما تستفيد الطاقة الكهرمائية من حركة الماء. وتعتمد طاقة المد والجزر على حركة البحار المرتبطة بتأثير جاذبية القمر والشمس. وتختلف ملاءمة هذه المصادر بحسب الموقع والطقس والبنية التحتية.

الوقود والطاقة النووية

البترول والفحم والغاز الطبيعي مصادر لطاقة كيميائية تُستخرج غالبًا بالحرق. أما محطات الطاقة النووية فتستخدم حرارة الانشطار لإنتاج البخار وتشغيل التوربينات. ولكل مصدر اعتبارات تخص الانبعاثات والسلامة والتكلفة وإدارة المخلفات؛ فلا يكفي وصف مصدر بأنه قوي أو متجدد للحكم على جميع آثاره.

الطاقة من النفايات

يمكن استرداد الطاقة من بعض النفايات بالحرق المنضبط أو بإنتاج الغاز الحيوي من تحلل المواد العضوية. ويمكن جمع غاز المطامر، الذي يحتوي على الميثان، واستخدامه بدل تسربه. لكن هذه العمليات تحتاج إلى رقابة على الانبعاثات والتسربات، ولا تجعل الحرق العشوائي للنفايات آمنًا، ولا تلغي أهمية تقليل النفايات وإعادة تدويرها.

يحصل الجسم على الطاقة الكيميائية من الكربوهيدرات والدهون والبروتينات. وبعد الهضم والامتصاص، تعالج الخلايا المغذيات لإنتاج جزيء الأدينوسين ثلاثي الفوسفات، المعروف اختصارًا باسم ATP، الذي يساعد على تشغيل التفاعلات والوظائف الخلوية.

يستهلك الجسم الطاقة حتى أثناء الراحة لتشغيل القلب والتنفس والمحافظة على حرارة الجسم وإصلاح الأنسجة. وتزداد الاحتياجات مع الحركة، كما تختلف بحسب العمر وحجم الجسم وتركيبه والحمل والرضاعة والحالة الصحية. ولا تعطي الفيتامينات والمعادن سعرات، لكنها تشارك في وظائف ضرورية لاستعمال المغذيات بصورة طبيعية.

يوفر الغرام الواحد من الكربوهيدرات أو البروتين نحو أربع سعرات حرارية، بينما يوفر غرام الدهون نحو تسع. لكن تساوي طعامين في السعرات لا يجعلهما متساويين في الشبع أو الألياف أو الفيتامينات. ولهذا يُفضّل تقييم النمط الغذائي كاملًا بدل التركيز على رقم واحد.

على المدى الطويل، يؤثر التوازن بين الطاقة المتناولة والمستهلكة في الوزن، مع دور لعوامل صحية وسلوكية متعددة. والإرهاق لا يثبت وحده وجود نقص في السعرات؛ فقد يشعر الشخص بالتعب رغم تناوله ما يكفي، بسبب قلة النوم أو فقر الدم أو مرض آخر.

• تناول وجبات متوازنة تضم مصادر بروتين وحبوبًا كاملة وخضراوات وفاكهة ودهونًا غير مشبعة.
• اشرب الماء بانتظام، خاصة مع الحر والنشاط، مع مراعاة أي تقييد للسوائل يحدده الطبيب.
• حافظ على مواعيد نوم منتظمة ونشاط بدني مناسب لقدرتك، وابدأ تدريجيًا إن كنت قليل الحركة.
• لا تعتمد على مشروبات الطاقة لتعويض النوم؛ فكثرة الكافيين قد تسبب خفقانًا وأرقًا.
• لا تتناول مكملات لعلاج التعب دون معرفة السبب؛ فالفائدة ترتبط بالحاجة الفعلية إليها.
• تجنب تشغيل المولدات أو حرق الفحم داخل الأماكن المغلقة بسبب خطر أول أكسيد الكربون.

راجع الطبيب إذا استمر التعب لعدة أسابيع، أو ازداد، أو عطّل أنشطتك اليومية، خصوصًا مع شحوب أو خفقان أو تغير غير مقصود في الوزن أو عطش وتبول زائدين. وقد يحتاج التعب المصحوب بشخير شديد ونعاس نهاري إلى تقييم اضطرابات النوم. يحدد الطبيب الفحوص المناسبة وفق الأعراض والفحص، وليس كل تعب بحاجة إلى حزمة تحاليل شاملة.

اطلب الإسعاف عند حدوث ألم صدر، أو ضيق نفس شديد، أو إغماء، أو ضعف مفاجئ في أحد جانبي الجسم. وإذا أصيب عدة أشخاص بصداع ودوار قرب جهاز احتراق، فاخرجوا فورًا إلى الهواء الطلق واتصلوا بالطوارئ لاحتمال التسمم بأول أكسيد الكربون.