تعتبر الحرارة في العلوم أحد العوامل الأساسية التي تؤثر على حياتنا اليومية، حيث تعتمد جميع الدول في العالم على درجات الحرارة وتتكيف معها وتستغل إمكانياتها بناءً على متطلبات الحرارة المألوفة لها. وتعد الحرارة من أهم القوى التي تسيطر على النشاط البشري، بالإضافة إلى أنها ترتبط بعدة مجالات علمية مثل الكيمياء والفيزياء والجيولوجيا وغيرها. وفي هذا المقال على موسوعة، سنقوم بشرح مفهوم الحرارة وطرق نقلها وتأثيرها في الحياة اليومية.
تعريف الحرارة في العلوم
- الحرارة هي درجة حرارة الجسم أو المحيط، أو درجة برودته.
- هو مقياس لارتفاع أو انخفاض حرارة الجسم، ويتم ذلك بالاستناد إلى القيمة القياسية.
- تُستخدم هذه المقاييس لحساب متوسط طاقة الحركة للجزيئات الموجودة في عينة معينة من المادة، ويتم التعبير عن هذه المقاييس بالدرجات أو الوحدات الموجودة في المقاييس المعيارية للحرارة.
- يُستخدم هذا المقياس لقياس قدرة المادة الفردية أو مجموعة من المواد على نقل الطاقة الحرارية من مجال فيزيائي إلى آخر.
- تتم قياس الحرارة باستخدام وحدات قياس معيارية مثل فهرنهايت، كلفن، وسيليزيوس.
- في بعض الأحيان، يمكن وصف الحرارة بأنها “كمية عملية”، حيث تحدد في إطار عملية معينة تعمل على نقل الطاقة، مثل نقل الحرارة من فنجان ساخن إلى يديك.
الحرارة النوعية
- تختلف كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة الجسم بدرجة واحدة، اعتمادًا على القيود الموجودة، مما يجعلها تتفاوت في كل حالة.
- في حال وجود كمية من الغاز محصورة بحجم ثابت، فإن رفع درجة حرارتها بدرجة واحدة عن طريق إضافة الحرارة سيؤدي إلى انخفاض درجتها أكثر مما يحدث في الغاز الحر في أسطوانة ذات مكبس متحرك.
- في حالة ما إذا كان الغاز محصورًا وثابت الحجم، فإن الطاقة المتاحة تعمل على رفع درجة حرارة الغاز، بينما في حالة الغاز عند حالته الحرة، فإن الطاقة ليس لها دور فقط في زيادة درجة الحرارة، بل تعمل أيضًا على توفير الطاقة اللازمة لأداء وظيفة الغاز على المكبس. وبالتالي، تتوقف الحرارة النوعية للمواد على هذه الظروف المختلفة.
- درجة الحرارة النوعية في الحجم الثابت والضغط المستمر هي واحدة من أكثر درجات الحرارة المحددة انتشارًا.
- تشير الأدلة التي قام بها العالم الفرنسي “بيير لويس دولونج” والعالم الفرنسي “أليكسيس تيريز بيتيت” عام 1819 إلى أن السعات الحرارية لبعض العناصر في الحالة الصلبة ترتبط بشكل وثيق بالوزن الذري الخاص بكل عنصر.
- لا يقتصر ارتفاع حرارة الجسم على الحرارة التي تنتقل، بل تشمل الطاقة المخزنة في الجسم والتي لا تعتبر حرارة.
- تُعرف الحرارة الكامنة، أو حرارة التبخر، بأنها الطاقة اللازمة لتحويل المادة السائلة إلى الحالة البخارية، وتعتمد على درجة الحرارة والضغط الثابتين.
- بالإضافة إلى ذلك، تتطلب عملية تحويل المادة الصلبة إلى الحالة السائلة، التي تعرف باسم حرارة الانصهار، كمية من الطاقة، وكذلك تتطلب تحويل المادة الصلبة إلى الحالة البخارية مباشرة، التي تعرف باسم حرارة التسامي، كمية من الطاقة، ويجب ضبط درجة الحرارة والضغط في كلتا الحالتين.
انتقال الحرارة
تقوم الأجسام بتخفيض درجة حرارتها من خلال إطلاق طاقة حرارية إلى المجال المحيط بها، ويمكن لها أيضًا زيادة درجة حرارتها عن طريق امتصاص الطاقة الحرارية من المجال المحيط بها.
وبهذا، فإن عملية تبريد أو تسخين الأجسام يمكن أن تحدث بنفس الطريقة، وهو انتقال الحرارة من الجسم الذي يكون لديه درجة حرارة أعلى إلى الجسم الذي يكون لديه درجة حرارة أقل، ونتيجة لهذا تكون درجة الحرارة هي المؤشر الذي يحدد قدرة المواد على نقل الطاقة الحرارية من مجال فيزيائي إلى آخر.
يتمثل المفهوم الحراري في طاقة تمر بطور انتقالي، ولعملية الانتقال ثلاث طرق هي:
- يتم في المواد الصلبة والسائلة نقل الحرارة عن طريق التوصيل.
- عملية نقل الحرارة عن طريق الحمل الحراري تحدث في المواد السائلة وأيضًا في المواد الغازية التي تتحرك، وتحدث أيضًا عندما يتم الجمع بين التوصيل وتدفق المواد السائلة.
- العملية الثالثة هي العملية التي يتم من خلالها نقل الحرارة عن طريق الإشعاع الذي يحدث دون وجود مادة حاملة.
المراجع
1.
2.
3.
