البحث الشامل عن الطاقة الحرارية هو واحد من أهم دروس الفيزياء التي يمكن الاستفادة منها، حيث يتعلم الطالب عن علم الطاقة وتحويلها إلى أشياء مختلفة يمكن استخدامها في الحياة اليومية، وأهم أمثلة على ذلك هي الطاقة الشمسية والطاقة الحرارية التي نحصل عليها من مصادر مختلفة. ومن خلال مقالنا في موسوعة المعرفة العربية الشاملة، سنعرض لكم أهم المصادر التي يمكن الحصول عليها من خلالها وأهم طرق نقلها.
بحث عن الطاقة الحرارية
تعريف الطاقة الحرارية
- تنتج هذه الحركة الداخلية للجزيئات المادية بطريقة غير منتظمة، وهي موجودة في نظام معين في حالة توازن ديناميكي.
- بشكل عام، لا يمكن استخدام هذا النوع من الطاقة في عمل معين عندما يتم استخدامها في أحد الأنظمة، ولا يوجد توازن حراري ديناميكي فيها.
- تتكون المادة عمومًا من جزيئات وذرات، وتختلف الطاقة الحركية الموجودة داخل المادة بشكل كامل من حيث كميتها وسرعتها، ولا يوجد سرعة محددة ثابتة في جميع المواد.
- يتحكم في سرعة الجزيئات أو الذرات المتحركة الحرارة الموجودة فيها، وهي المؤثر الوحيد على زيادة الطاقة الحركية التي تتحرك بها تلك الجزيئات.
- تعتبر السوائل والصلبات التي تتحرك بسرعة من أهم أمثلة الطاقة الحرارية، حيث يمكن تحويلها إلى طاقة تستخدم في تشغيل الأجهزة الديناميكية مثل طواحين الهواء.
- يتميز الحالة السائلة أو الغازية بعدم قيود حركتها، بينما تتميز الحالة الصلبة بتقييدها في جزيئاتها، ولا يمكن للصلبة فعل أي شيء سوى الاهتزاز.
- رغم أن تلك الجزيئات صغيرة جدًا لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، إلا أنه يمكن اكتشافها من خلال الطاقة التي تنتج عنها.
مصادر الطاقة الحرارية
- تحدث التفاعلات الكيميائية عندما تتفاعل العناصر الكيميائية المختلفة مع بعضها البعض، حيث يتم إنتاج مادتين أو أكثر، ويحدث إما انطلاق أو امتصاص للطاقة الحرارية وفقًا لنوعية التفاعل.
- الطاقة الميكانيكية تتولد نتيجة احتكاك الأجسام، وتنتج عنها حرارة لتتحول إلى طاقة حرارية.
- يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية بسبب احتكاك وتصادم الشحنات الكهربائية داخل السلك، وذلك عند تدفق التيار الكهربائي.
- تعتبر الطاقة الشمسية من مصادر إنتاج الطاقة الحرارية، حيث يتم إطلاق الحرارة من خلال التفاعل النووي الموجود داخلها بكميات هائلة، والتي تصل إلينا عن طريق الأشعة.
- تشير الحرارة الموجودة في باطن الأرض إلى التحلل الإشعاعي الذي يحدث في العناصر المدفونة داخل الأرض، ويتم إطلاق هذه الحرارة نتيجة لهذا التحلل.
طريقة توصيل الطاقة الحرارية
هناك العديد من الطرق المختلفة التي يمكننا استخدامها لنقل الطاقة الحرارية.
- الحمل الحراري: هي الطريقة التي نستخدمها لنقل الحرارة من مادة إلى أخرى، ويتم ذلك بواسطة حركة الموائع، وتعتبر هذه الطريقة من الأساليب الأساسية التي يتم استخدامها، حيث يقوم المائع المتحرك بنقل الطاقة الحرارية الموجودة فيه، وتعتمد هذه الطريقة على كثافة المواد، فتكون الموائع الباردة دائمًا ذات كثافة أعلى، بينما تكون الموائع الساخنة ذات كثافة أقل، ولذلك ستلاحظ أن الجزيئات في الجزء العلوي من المادة عند تسخينها ستكون ذات كثافة أقل.
- الإشعاع: تتحرك الحرارة من مكان تولدها إلى المكان الذي يحيط بها؛ ولذلك، فإن هذه الطريقة لا تعتمد على التواصل المباشر بين الجسمين المختلفين. وتتحرك الطاقة الحرارية في هذه الحالة على هيئة موجات كهرومغناطيسية، ومثال على ذلك هو الأشعة الشمسية التي تصل إلى الأرض من خلال تلك الموجات الكهرومغناطيسية وهي أحد الأمثلة الأكثر انتشارًا في العالم اليوم.
- التوصيل: هذه الطريقة تعتمد على احتكاك جسمين مختلفين مع بعضهما البعض، وبالتالي ينتقل الحرارة من الجسم الساخن الذي يحتوي على طاقة حرارية أكبر إلى الجسم البارد الذي يحتوي على طاقة حرارية أقل، وهناك تبادل للطاقة الحركية والحرارية، عن طريق انتقال الأيونات والذرات والجزيئات، سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلة. ومن أمثلة ذلك هو الماء والوعاء، حيث يبرد الماء الساخن عندما تصطدم جزيئاته بالوعاء المعدني، وتنتقل الجزيئات الساخنة إلى الوعاء وتبرد، وبالتالي يتم تحويل الطاقة الحرارية من الماء الساخن إلى الوعاء المبرد.
