سنقدم بحث عن الطاقة الحرارية، المعروفة بالإنجليزية باسم Thermal Energy، نتيجة للطاقة الكُلية المتواجدة في حركة الجُزيئات الداخلية للمادة بطريقة غير منتظمة، يتشكل الجسم من مجموعة من الجُزيئات أو الذرات، وتتفاوت سرعة حركتها، إذ لا تقتصر الطاقة الحركية للجُزيئات على سرعة محددة، بل تتأثر بدرجة الحرارة التي تحكم متوسط السرعة الحركية، وتظهر هنا علاقة طردية بينهما، حيث تزيد زيادة درجة الحرارة عندما يزداد الطاقة الحركية.
بحث عن الطاقة الحرارية
لنقل الطاقة الحرارية من جسم إلى آخر، يتطلب الأمر تحقيق توازن حراري ديناميكي، يعني ذلك أنه عندما تكون هناك درجات حرارة مختلفة بين الجسمين، يجب أن يتم دمجهما معًا أو تلامسهما لبعضهما البعض، حتى يتم تحويل الطاقة الحرارية من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم الأقل سخونة، كما يحدث في المحركات الحرارية.
وهذا يختلف عن أنواع الطاقة الأخرى التي يمكن تحويلها مباشرة للعمل في بعض الأجهزة الميكانيكية، مثل الطواحين الهوائية أو توربينات المياه، دون الحاجة إلى توازن حراري ديناميكي، لكن عندما يكون السائل أو المادة الصلبة في حالة توازن حراري ديناميكي، فإنه لا يمكنها القيام بأي عمل.
يمكن قياس الطاقة الحرارية عن طريق درجة الحرارة، حيث تتكون الطاقة الحرارية لجزيئات الجسم من الطاقة المحتملة (EP) والطاقة الحركية الكامنة (EK)، والتي تعرف بالمحتوى الحراري وبالتالي، يمكن حساب الطاقة الحرارية الكلية للجسم باستخدام المعادلة التالية: الطاقة الكلية للجسم = EK + EP.
اقرأ أيضًا: بكم اختبار التحصيلي ومتى ينتهي التسجيل فيه؟!
طريقة نقل الطاقة الحرارية
هناك ثلاثة طرق رئيسية لنقل الطاقة الحرارية:
- التوصيل (Conduction): يتم نقل الحرارة عن طريق تصادم جسمين مختلفين، حيث تنتقل الحرارة من الجسم الأكثر سخونة الذي يحتوي على طاقة حرارية عالية إلى الجسم الأقل سخونة، مما يؤدي إلى تبادل الطاقة الحرارية والحركية بين الجسمين، تحتوي الأجسام على جزيئات تتحرك بشكل دائم كالسوائل والغازات، أو تهتز لأنها مقيدة كالجسم الصلب، ويتم حفظ الحرارة فيما بينهما للحصول على توزيع متجانس للحرارة، مثال على ذلك هو عندما يُسخن الماء في وعاء، حيث تنتقل الحرارة من الماء إلى الوعاء.
- الحمل الحراري (Convection): تشمل عملية الحمل الحراري نقل الحرارة من مادة إلى أخرى عن طريق حركة السوائل، تعتمد هذه العملية على فرق الكثافة بين الأجسام، حيث تكون السوائل الباردة أكثر كثافةً من السوائل الساخنة، مما يؤدي إلى صعود الجزيئات الأقل كثافة إلى الأعلى عند تسخينها، مما يسفر عن تكوين تيارات حرارية.
- الإشعاع (Radiation): تتميز طريقة انتقال الحرارة بالإشعاع بعدم الحاجة إلى اتصال مباشر بين الجسمين المختلفين، تنتقل الطاقة الحرارية على شكل موجات كهرومغناطيسية من مصدر الحرارة إلى المحيط المحيط به، مثال على ذلك هو الأشعة الشمسية التي تصل الأرض، حيث تعتمد على الأمواج الكهرومغناطيسية التي تنتقل من الشمس إلى الأرض.
تطبيقات الطاقة الحرارية
دعونا نلقي نظرة على مثال بسيط لنقل الطاقة الحرارية، عندما يكون هناك عنصر مسخن على الموقد، يحتوي على طاقة حرارية، وكلما زادت قوة التشغيل للموقد، زادت الطاقة الداخلية التي يحملها الموقد على المستوى الأساسي، تتمثل هذه الطاقة الحرارية في حركة الجزيئات التي تشكل المعدن الذي يتكون منه الموقد، ورغم عدم إمكانية رؤية حركة الجزيئات، إلا أنها تحدث بالفعل، كلما زادت سرعة الجزيئات، زادت الطاقة الحرارية الداخلية التي تحملها.
الآن، دعونا نضع وعاءًا من الماء فوق العنصر الساخن على الموقد ماذا يحدث؟ نعم، يعمل الموقد ولكن، ليس كما نتوقع عادة هنا، عندما نتحدث عن “العمل”، نعني حركة شيء ما بفعل القوة بشكل محدد، تسبب الطاقة الحرارية للموقد حركة جزيئات الوعاء وفي النهاية يتحرك الماء بشكل أسرع، تتم نقل الطاقة الداخلية من الموقد إلى الوعاء ومن ثم إلى الماء، يشار إلى هذا التحويل للطاقة الحرارية من الموقد إلى الوعاء ثم إلى الماء بواسطة الحرارة.
من المهم جداً أن نحافظ على هذا التبادل مستقيما في هذا السياق، الحرارة هي المصطلح الذي نستخدمه لوصف نقل الطاقة الحرارية من كائن أو نظام إلى آخر، حيث يكمن المفتاح في هذا التحويل، الطاقة الحرارية هي الطاقة المتواجدة داخل الجسم أو النظام بسبب حركة الجزيئات، إنها مختلفة عن الحرارة ذاتها.
اقرأ أيضًا: وفقًا لتقييمات المتخصصين | هذه أفضل جامعات دراسة إدارة الأعمال في السعودية 1445 – 2024
يمكنك أن تشعر بالحرارة عندما تضع يدك فوق الموقد، تقوم الحرارة بتحفيز حركة الجزيئات داخل الوعاء والماء، إذا وضعت مقياس حرارة في الماء، ستلاحظ ارتفاع درجة حرارته مع زيادة حرارة الماء مرة أخرى، يؤدي زيادة الطاقة الحرارية الداخلية إلى ارتفاع درجة حرارة الماء.
