بحث عن الحراره ومصادرها والفرق بين الحرارة والطاقة الحرارية

الحراره

• نقدم لكم في هذا البحث عن الحرارة عبر موسوعتنا تعريفاً شاملاً لمفهوم الحرارة والعديد من المفاهيم المتعلقة بها، مثل درجة الحرارة والطاقة الحرارية، حيث يحدث غالباً خلط واعتقاد بأن جميع هذه المفاهيم تحمل نفس المعنى على عكس الحقيقة، كما سوف نقدم طرق قياسها وأهم استخداماتها.

مقدمة بحث عن الحرارة

• تعبر درجة الحرارة عن مقياس حرارة الجسم أو برودته، ويتم تعبير عنها بمقاييس مختلفة، بالإضافة إلى القدرة على تحديد اتجاه انبعاث الطاقة الحرارية من الأجسام. على سبيل المثال، ينتقل الحرارة من الأجسام ذات درجة حرارة أعلى إلى الأجسام ذات درجة حرارة أقل وأكثر برودة.
• لا يتطابق مستوى الحرارة النسبية مع الطاقة الحرارية الديناميكية للنظام، فعلى سبيل المثال، يكون مستوى حرارة النار أكبر من مستوى جبل الثلج، على الرغم من أن الطاقة الحرارية الكلية التي يحتويها جبل الثلج أكبر بكثير من الطاقة الحرارية التي تحتويها النار.
• تتميز الحرارة بخصائص مثل الضغط والشمولية والكثافة، وتميزها أنها ذات خصائص مستقلة عن كمية المادة، ويتم التعبير عن خصائص المادة بمثل الحجم والكتلة.

عناصر بحث عن الحرارة

سوف نتناول في هذا البحث الذي يتعلق بالحرارة العناصر التالية:

• تعريف الطاقة.
• تعريف الطاقة الحرارية.
• تعريف درجة الحرارة.
• تعريف كمية الحرارة.
• الفرق بين درجة الحرارة وكمية الحرارة.
• طرق انتقال الحرارة.
• أهمية حرارة في حياتنا.
• خاتمة بحث عن الحرارة.

تعريف الحرارة

• الحرارة هي إحدى أشكال الطاقة التي تتميز بحركة الجزيئات أو الذرات أو الأجسام الأخرى التي تتكون منها المادة. ويمكن الحصول على الحرارة من خلال أنواع مختلفة من التفاعلات الكيميائية، مثل الاحتراق، أو التفاعلات النووية، كما يحدث في الشمس من خلال الانصهار النووي، أو من خلال التبديد الكهرومغناطيسي، مثلما يحدث في المواقد الكهربائية أو الميكانيكية (الحركية)، ومن أمثلة هذه العملية الاحتكاك.
• يعتمد الإنسان على الحرارة المنبعثة من النار، أو الشمس، أو غيرها من المصادر الأخرى، في العديد من جوانب حياته اليومية، مثل التدفئة، والطهي، وتشغيل الآلات، والصناعات، والتدفئة.
• تعتبر الحرارة واحدة من عناصر المناخ والطقس التي لها تأثير كبير على النباتات والحيوانات، إلى جانب العناصر الغير حية في الطبيعة.

تعريف الطاقة الحرارية

• تعتبر الطاقة الحرارية إحدى أنواع الطاقة الموجودة في النظام المتوازن داخليًا، فلا يمكن تحويل هذه الطاقة إلى أي من أنواع الطاقة الأخرى إلا عند وجود اختلاف في مستوى الطاقة الحرارية بين ذلك النظام والبيئة المحيطة به.
• لا يخلو أي تحول للطاقة بين أنواع الطاقة المختلفة من إنتاج طاقة حرارية، حيث لا يوجد أي عملية تحول للطاقة بكفاءة كاملة، مما يؤدي إلى إنتاج الطاقة الحرارية في النظام. ويرجع السبب الأساسي في ذلك إلى انتقال الطاقة الحرارية إلى حركة الجزيئات داخل المادة، دون مراعاة طورها الفيزيائي.
• تعني الطاقة الحرارية الطاقة المخزنة داخل الأجسام على شكل حرارة كامنة، والتي يمكن استخدامها لتحويل المادة من حالة إلى أخرى تؤثر في درجة حرارة المادة. ويتم نقل الطاقة الحرارية بين الأجسام عن طريق الإشعاع والحث والتوصيل، نتيجة لاختلاف درجات حرارة تلك الأجسام.

تعريف درجة الحرارة

يستخدم هذا المقياس لتحديد درجة حرارة الأجسام في الحياة اليومية، ولا يمكن الاعتماد على مصطلحات “بارد” و”ساخن”، حيث تختلف تلك المصطلحات من شخص إلى آخر، لذلك يتم الاعتماد على درجات الحرارة والتي توفر نتائج دقيقة لتلك الدرجات سواء في مجال الطقس أو العلوم أو الطبخ أو غيرها.

يعبر مصطلح درجة الحرارة عن مستوى حركة الجزيئات في نظام أو جسم ما، حيث تُستخدم كمقياس لمقدار طاقة الحركة الحركية للجزيئات في الجسم. وبارتفاع درجة الحرارة، يرتفع مستوى الطاقة الحركية الخاصة بالجزيئات ويصبح الجسم ساخنًا، كما ينطبق ذلك على الأجسام الباردة. ويمكن قياس درجة الحرارة باستخدام ثلاث طرق:

• الدرجة المئوية: يُستخدَم في البلدان التي تعتمد على النظام المتري.
• الفهرنهايت: يستخدم بالولايات المتحدة الأمريكية.
• الكلفن: يستخدم على نطاق واسع في العلوم.

تعريف كمية الحرارة

يعتقد الكثيرون أن “الحرارة” و”درجة الحرارة” هما مصطلحان متماثلان يعنيان الشيء نفسه، ولكن الأشخاص الذين لديهم خبرة في الفيزياء يدركون الفروق العديدة بينهما، مثل وحدة القياس واستخدام “كمية الحرارة” للإشارة إلى الطاقة الداخلية.

ومن المعروف علمياً أن جزيئات وذرات المادة تتحرك بشكل مستمر، وتكون حركتها عشوائية في الغازات وانتقالية في السوائل واهتزازية في المواد الصلبة، وبالتالي فإن جزيئات المادة تمتلك طاقة حركية تنشأ عن حركتها، بالإضافة إلى طاقة وضع مخزنة في الروابط الجزيئية، ويطلق على هاتين الطاقتين الطاقة الداخلية للجسم، وبالتالي يمكن التعرف على الفرق بين كمية الحرارة ودرجتها على النحو التالي:

• كميّة الحرارة: هي مقياس للطاقة الكلية الداخلية للجسم، حيث يتم قياس الطاقة الحركية الناجمة عن حركة الجزيئات وطاقة الوضع المخزنة في الروابط بين الجزيئات.
• درجة الحرارة: هو مقياس الطاقة الحركية التي تتولد فقط من حركة الجزيئات.

الفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة

يكمن الاختلاف بين الحرارة ودرجة الحرارة في الأمور الآتية:

• تتبع درجة الحرارة والحرارة نفسها قوانين الديناميكا الحرارية.
• يتم قياس الحرارة بالطاقة الكلية التي يمتلكها الجسم، وتشمل ذلك الطاقة الوضعية والحركية وغيرها، بينما تقيس درجة الحرارة فقط الطاقة الحركية التي يمتلكها الجسم عندما تتحرك جزيئاته.
• تستخدم وحدة الجول في علم الفيزياء لقياس الحرارة، وتعبر هذه الوحدة عن الكمية من الطاقة التي يمتلكها الجسم عند نقل الحرارة. ويجب الإشارة إلى أن كل واط يعادل جول/الثانية، وتُقاس درجات الحرارة بوحدات الفهرنهايت والكلفن والسليسيوس.

الفرق بين درجة الحرارة والطاقة الحرارية

• بسبب التطور الكبير في التكنولوجيا والاعتماد على الحرارة، أصبح الإنسان بحاجة ماسة إلى نظام يمكنه من تحديد الحرارة والتعامل معها بدقة، ولم يعد من المقبول والممكن وصف الحرارة بالبارد والمعتدل والساخن في ظل التطور العظيم في مجال العلوم.
• لذلك، ابتكر العلماء عدة مقاييس على أساسات مختلفة لتحديد حرارة الأجسام والطقس. ويشار إلى هذه المقاييس باسم درجة الحرارة. بينما يشير مصطلح الطاقة الحرارية إلى الحرارة نفسها. وعندما يتم توليد الحرارة، يتم إنتاج طاقة حرارية، ويمكن قياسها باستخدام مقاييس الطاقة مثل الجول.

طرق انتقال الحرارة

تعتمد نقل الحرارة على أكثر من طريقة، بما في ذلك التوصيل الحراري والتوصيل بالإشعاع والحمل الحراري. وكما ذكرنا سابقًا، تنتقل الحرارة من الدرجة الأعلى إلى الدرجة الأقل، وتُحدد كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة أي جسم بمقدار درجة واحدة مئوية بواسطة مصطلح السعة الحرارية، والذي يكون معروفًا لجميع المواد.

فيما يخص رفع درجة حرارة الكتلة لجميع المواد بنسبة درجة مئوية واحدة، فالحرارة المطلوبة تعرف باسم الحرارة النوعية، وهي تعتمد على تركيب المادة الكيميائية والحالة التي تتواجد عليها. وهناك ثلاث طرق لنقل المادة، اثنتان منها تعتمد على الطور الفيزيائي والثالثة تتطلب وسطًا ماديًا للنقل:

• طريقة الإشعاع: من الأمثلة الشهيرة على هذا النوع من الحرارة هو ضوء الشمس، حيث تنتقل الطاقة الحرارية بالإشعاع على شكل موجات كهرومغناطيسية دون الحاجة إلى وسط ناقل.
• طريقة التوصيل: تتنقل الحرارة بين جزيئات المواد الصلبة بهذه الطريقة، حيث تتسخن الجزيئات الملامسة لبعضها البعض وتنتقل الحرارة إلى جميع أنحاء الجسم الصلب.
• طريقة الحمل: تتعلق طريقة الحمل فقط بالسوائل والغازات، حيث تفسر بعض الظواهر الطبيعية التي تحدث في الغلاف الجوي، فعندما تتم تسخين جزيئات السائل أو الغاز، تبدأ المادة في الارتفاع للأعلى متركةً حيزًا مليئًا بجزيئات الغاز الباردة، حتى يتم تسخين هذه الجزيئات ثم رفعها للأعلى، وبهذا ينشأ دورة منتظمة تقوم على تسخين السائل والغاز بشكل كلي.

أهمية الحرارة في حياتنا

تكمن أهمية الحرارة في الاستخدامات التي يعتمد عليها، ومن بين أهم تلك الاستخدامات ما يلي:

• الاستخدام المنزلي: تستخدم الحرارة في العديد من المجالات في المنازل، مثل تسخين المياه وطهي الطعام وتجفيف الملابس وتدفئة المنازل، كما يمكن استخدامها لتشغيل المصابيح الكهربائية.
• مجالات الصناعة: وبخصوص مجالات استخدام الحرارة في الصناعة، فلا يمكن حصرها أو عدها، إذ تستخدم في عمليات فصل الفلزات وصهرها، وتشكيلها وقطعها، وتغليفها وتقويتها، وضمها بعضها إلى بعض. كما تلعب الحرارة دورًا في تكرير البترول الخام، وتحضير الأغذية، وصناعة المنسوجات والزجاج والورق، وغير ذلك الكثير من المنتجات.
• تستخدم الحرارة المتولدة من الوقود المحترق في محركات الطائرات والسيارات والصواريخ والسفن لتحريك المعدات الآلية وتشغيلها.
• تدور التوربينات الضخمة بفعل الحرارة، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء التي تستخدم لتوفير الإضاءة وتشغيل جميع أنواع الأجهزة الكهربائية.

خاتمة بحث عن الحرارة

وبذلك ننهي مقالنا اليوم حول بحث عن الحرارة، حيث أوضحنا مفهوم الحرارة ودرجة الحرارة وكمية الحرارة ووحدات قياسها، بالإضافة إلى أهم استخدامات الحرارة في الحياة والتي لا يمكن الاستغناء عنها في مختلف المجالات.

المراجع

1

2

3