Integrated Sciences_1_Secondary_Term1 PDF

## المحور الثاني - الطاقة والموارد الطبيعية ### قياس الطاقة وانتقالها * **هرم الأعداد** * **يستخدم هرم انتقال الطاقة في الصورة الموضحة لمعرفة أعداد الكائنات** الحية التي تعتمد على نفس المصدر من الطاقة وبالتالي نستطيع تحديد كفاءة انتقال الطاقة، فعادة ما تكون كاءة انتقال الطاقة حوالي 10%، بينما يتم...

## المحور الثاني - الطاقة والموارد الطبيعية ### قياس الطاقة وانتقالها * **هرم الأعداد** * **يستخدم هرم انتقال الطاقة في الصورة الموضحة لمعرفة أعداد الكائنات** الحية التي تعتمد على نفس المصدر من الطاقة وبالتالي نستطيع تحديد كفاءة انتقال الطاقة، فعادة ما تكون كاءة انتقال الطاقة حوالي 10%، بينما يتم فقدان 90% من الطاقة خلال العمليات الحيوية مثل الاخراج والتنفس التي يتم فيها استهلاك أكبر كمية من الجلوكوز (طاقة كيميائية). * **بسبب هذا الفقد في الطاقة نادرا ما يحتوى هرم الطاقة على أكثر من ستة مستويات** حيث إن الجزء الباقي من الطاقة يصبح قليل جدا لا يصلح للاستخدام كغذاء لكائن أخر. لذلك من الأفضل من ناحية الطاقة ان يحصل الانسان على غذائه مباشرة من النبات أفضل من أن يحصل عليها من الحيوان الذى تغذى على النبات. ### حساب الطاقة المفقودة * **تعبير الطاقة المفقودة لا يتنافى مع قانون بقاء الطاقة** حيث يفقد الحيوان جزء من الطاقة بشكل رئيسي في صورة حرارة أثناء العمليات الحيوية مثل التنفس. ### مثال * **افترض أن كمية الطاقة التي يحصل عليها الأرنب من النبات 100** * **الجزء الأكبر من هذه الكمية يتحول أثناء عملية احتراق السكر في التنفس الخلوي إلى غاز ثاني أكسيد الكربون (طاقة كيميائية)** يعود للطبيعة في عملية الزفير ، وجزء إلى طاقة حركة تساعد الحيوان على الانتقال، وجزء إلى طاقة حرارية لتدفئة الجسم ، ويتبقى جزء مختزن في الطعام غير المهضوم (طاقة كيميائية) كفضلات تعود إلى التربة في عملية الإخراج. * **وعند جمع كل هذه الطاقات معا تجدها 100**، وهذا ما يتفق مع قانون بقاء الطاقة. * **وبالتالي فالمقصود بالطاقة المفقودة أنها الطاقة غير المستخدمة.** فالطاقة المفقودة أثناء التنفس والإخراج تمثل الفرق بين الطاقة الكلية من غذاء الكائن الحي والطاقة المستخدمة في عمليات حيوية مثل الحركة والنمو. ### بقاء الطاقة: * **يظهر قانون بقاء الطاقة بوضوح في سلاسل الغذاء من خلال تحول الطاقة بين صور مختلفة.** * **تبدأ السلسلة بالطاقة الضوئية من الشمس التي تتحول داخل النبات إلى طاقة كيميائية تختزن في الغذاء الذي يتكون أثناء عملية البناء الضوئي.** * **تنتقل هذه الطاقة إلى المستهلك الأول عندما يتغذى على النبات حيث تتحول الطاقة الكيميائية خلال عملية التنفس إلى طاقة حرارية وحركية، مع فقدان جزء من الطاقة في شكل حرارة.** * **عند انتقال الطاقة إلى المستهلك الثاني الذي يتغذى على المستهلك الأول، يحدث فقد إضافي للطاقة خلال عمليات التنفس والإخراج.** * **تستمر هذه التحولات حتى تصل الطاقة إلى الكائنات المحللة التي تعيد الطاقة الكيميائية المتبقية من الكائنات الميتة إلى التربة على شكل أملاح طوال السلسلة الغذائية، يتم فقد جزء من الطاقة في كل مستوى. ولا يتنافى ذلك مع قانون بقاء الطاقة الذي ينص على أن الطاقة لا تفنى بل تتحول من صورة إلى أخرى.** ### نشاط علمي * **لنفرض أن نباتًا يستقبل 1000 من الطاقة الشمسية، ويستخدم 2% فقط من هذه الطاقة في عملية البناء الضوئي، والجزء الآخر يتم فقدانه في صورة حرارة أو انعكاس أو امتصاص في أجزاء أخرى، احسب:** * **كمية الطاقة التي يستخدمها النبات في البناء الضوئي.** * **كمية الطاقة التي فقدت.** ### فكر * **كيف يؤثر فقدان الطاقة في كل مستوى غذائي على الكائنات التي تأتي في نهاية السلسلة الغذائية؟** * **ما دور الكائنات المحللة في إعادة تدوير الطاقة الكيميائية إلى التربة، وكيف يؤثر ذلك على البيئة؟** ### الكيمياء في نقل الطاقة: * **تبدأ رحلة الطاقة للانتقال بين الكائنات الحية داخل النباتات الخضراء، ففي عملية البناء الضوئي والتي تحدث داخل البلاستيدة الخضراء (عضيات خلوية خاصة بالنبات)، تحدث تفاعلات كيميائية معقدة حيث يبدأ التفاعل بامتصاص الضوء بواسطة الكلوروفيل، وهو الصبغة الخضراء في النباتات.** * **يقوم الضوء بتحفيز تفاعلات كيميائية تؤدي إلى تحويل طاقة الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين، كما توضحه المعادلة الآتية.** $ 6CO_2 + 12 H_2 O \xrightarrow {طاقة ضوئية} C_6 H_{12} O_6 + 6O_2 + 6H_2 O$ * **تستخدم الكائنات الحية الأخرى في سلسلة الغذاء لاحقًا الطاقة الكيميائية المخزنة في الجلوكوز عندما تتغذى مباشرة أو غير مباشرة على النباتات.** * **وعند احتراق الجلوكوز (الوقود الحيوي) بالأكسجين داخل جسم الكائن الحي (عملية التنفس، تتولد طاقة حرارية وهذه الطاقة هي المسئولة عن حياة الكائن الحي.** $C_6 H_{12} O_6 + 6 0_2 \xrightarrow {إنزيمات تنفسية} 6CO_2 + 6 H_2 O$ * **وهكذا تكون الطاقة تحولت من طاقة ضوئية إلى طاقة كيميائية مختزنة داخل الروابط الكيميائية في جزئ الجلوكوز ثم إلى طاقة حرارية مسئولة عن بقاء الكائنات الحية.** ### الطاقة المختزنة داخل الوقود الحفري: * **تكوين الوقود الحفري مثل الفحم والبترول والغاز الطبيعي يعتمد على كائنات حية اختزنت بداخلها طاقة الشمس بصورة مباشرة أو غير مباشرة، فالفحم المكون أساسًا من الكربون (C) قد تكون من بقايا الأشجار والنباتات المتحللة في باطن الأرض منذ ملايين السنين.** * **والبترول وهو خليط من عدة مركبات هيدروكربونية قد تكون من كائنات بحرية ونباتات بحرية دفنت الملايين السنين وتحللت تحت الضغط ودرجة الحرارة المرتفعة. أما الغاز الطبيعي الذي يتكون من خليط من عدة غازات هيدروكربونية، مثل غاز الميثان الذي يمثل (98-70)%، ونسب قليلة من غاز الإيثان وغاز البروبان وغاز البيوتان فيوجد طافيًا على سطح البترول في باطن الأرض أو داخل مناجم الفحم و بين الصخور.** * **عند احتراق الوقود الحفري بالأكسجين داخل آلة الاحتراق الداخلي مثلا تتولد طاقة حرارية، وهذه الطاقة هي المسئولة عن حركة الآلات.** ### البحث والاستقصاء * **تجربة عملية استكشاف عملية البناء الضوئي** * **المواد المطلوبة:** * نبات مائي مثل الايلوديا * زجاجة شفافة أو كوب زجاجي * ماء * صودا الخبز (بيكربونات الصوديوم) * ورق ألومنيوم أو ورق غير شفاف التغطية بعض الأجزاء) * مصباح يدوي أو مصدر ضوء (مثل ضوء الشمس) * ورق وأقلام لتدوين الملاحظات * **الخطوات** * **تحضير النبتة** * املأ الزجاجة أو الكوب الزجاجي بالماء. * أضف كمية صغيرة من صودا الخبز إلى الماء بمقدار نصف ملعقة صغيرة) لزيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في الماء، وهو عنصر ضروري للبناء الضوئي. * ضع النبات المائى في الماء ، واتركها تتكيف لبضع دقائق. * **إعداد الإضاءة:** * إذا كنت تستخدم مصباحًا يدويًا، قم بتوجيه الضوء مباشرة نحو النبتة. إذا كنت تستخدم ضوء الشمس، ضع النبتة في مكان مشمس. * **تغطية الأجزاء :** * لتحديد المناطق التي تحدث فيها عملية البناء الضوئي، غط بعض أوراق النبتة بورق الألومنيوم أو ورق غير شفاف. * اترك أوراقًا أخرى مكشوفة لضوء الشمس أو الضوء الصناعي. * **ملاحظة التفاعل:** * قم بوضع النبتة تحت الضوء واتركها لعدة ساعات. * بعد انتهاء الفترة، قم بإزالة أوراق الألومنيوم أو الورق غير الشفاف. * لاحظ أي تغييرات في الأوراق المكشوفة مقارنة بالأوراق المغطاة. * **اختبار الأكسجين:** * يمكنك استخدام اختبار بسيط لوجود الأكسجين املأ الكوب الزجاجي بالماء، ثم . قم بوضع النبات فيه. انتظر لبعض الوقت ولاحظ فقاعات الهواء التي قد تتكون على سطح الماء. هذه الفقاعات هي نتيجة لإنتاج الأكسجين خلال عملية البناء الضوئي. * **التحليل والتفسير :** * قم بمقارنة النتائج بين الأوراق المكشوفة والأوراق المغطاة. لاحظ أين حدثت أكبر كمية من الفقاعات الأوراق المكشوفة يجب أن تُنتج أكثر كمية من الأكسجين مقارنة بالأوراق المغطاة، مما يدل على أن البناء الضوئي يحدث في الأوراق المكشوفة. * اكتب ملاحظاتك حول كيفية تأثير الضوء على عملية البناء الضوئي. * **ناقش** * كيف يؤثر الضوء على عملية البناء الضوئي في النبتة؟ * لماذا لا تحدث عملية البناء الضوئي في الأوراق المغطاة ؟ * كيف يساعد ثاني أكسيد الكربون والماء في عملية البناء الضوئي ؟