الطاقة الحرارية الارضية ومصادرها
بحث عن الطاقة الحرارية الأرضية
تلعب الطاقة الحرارية الأرضية دورًا كبيرًا في حياتنا اليومية، حيث تعتمد العديد من أعمالنا على استخدام الطاقة الحرارية، وسنتعرف على هذه الأعمال بشكل أكبر من خلال هذه الموسوعة. وقد وصلت الأبحاث اليوم إلى أننا نستطيع تخفيف آلام العظام والمفاصل والعضلات باستخدام الطاقة الحرارية، ولا يمكن لنا الاستغناء عن استخدام الطاقة الحرارية في حياتنا اليومية، سواء في الطبخ وإعداد الطعام أو التدفئة وغيرها من الأعمال اليومية، كما يمكن استخدامها في صورة البخار للتنظيف والتعقيم وغيرها من الأعمال الأخرى.
ما هي الطاقة الحرارية الأرضية
- تشير الطاقة الحرارية الأرضية إلى الطاقة التي تنتج من حرارة الأرض، وتتم إنتاج هذه الحرارة من خلال حركة الجزيئات الصغيرة داخل الأرض، وعندما تتحرك هذه الجزيئات بشكل أسرع يتم إنتاج كميات أكبر من الحرارة.
- يتكون المادة من جزيئات تتحرك باستمرار وتهتز، وعندما يرتفع مستوى حرارة المادة، يزيد سرعة حركة الجسيمات وتزيد كمية الطاقة الحرارية فيها.
- على سبيل المثال، يحتوي كوب من الشاي الساخن على طاقة حرارية في شكل طاقة حركية لجزيئات الشاي التي تهتز. عند إضافة بعض الحليب البارد إلى الشاي، يتم نقل بعض من هذه الطاقة من الشاي الساخن إلى جسيمات الحليب البارد. ومن ثم، يصبح الشاي الأكثر برودة، لأنه فقد بعض الطاقة الحرارية إلى الحليب
حقائق عن الطاقة الحرارية مثيرة للاهتمام
- الطاقة الحرارية هي جزء من الطاقة الإجمالية لأي كائن.
- ترتبط الطاقة الحرارية بدرجة حرارة الجسم.
- الجول هي الوحدة المستخدمة لقياس الطاقة الحرارية.
- تتميز الطاقة الحرارية عن غيرها من أشكال الطاقة بصعوبة تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة.
- عند نقل الطاقة الحرارية من أو إلى جسم، يتم إطلاق مصطلح الحرارة.
- لتحويل الطاقة الحرارية إلى أشكال أخرى من الطاقة، يحتاج الأمر إلى آلة مثل المحرك.
- على عكس أنواع أخرى من الطاقة، فإن كمية الطاقة الحرارية لا تعتمد على كمية العمل التي يقوم بها الكائن.
- كما يتم فقدان الحرارة من الأرض إلى الفضاء، يتم تعويض الحرارة التي تم جلبها من الشمس.
- على الرغم من أن جيمس جول لم يكن أول من استخدم مصطلح الطاقة الحرارية، إلا أن وحدة القياس اختيرت باسمه، لأنه كان أول من ناقش فقدان واكتساب الحرارة.
- عندما يتم إضافة الجليد إلى مشروب ساخن، يتم نقل بعض الطاقة الحرارية من المشروب إلى الجليد، مما يؤدي إلى تبريد الشراب.
- الحرارة ودرجة الحرارة ليستا متطابقتين، فدرجة الحرارة تتعلق بمدى سخونة أو برودة الأشياء.
- يمكن نقل الطاقة الحرارية بثلاثة طرق: الحمل الحراري، التوصيل، والإشعاع.
- الموصلات مثل المعادن هي الأشياء التي تسمح للطاقة الحرارية بالتحرك بسهولة من خلالها.
- المواد العازلة مثل البلاستيك هي التي لا تسمح للطاقة الحرارية بالتحرك بسهولة من خلالها.
الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة
- تتناسب كمية الطاقة الحرارية بشكل متناسب طردي مع درجة الحرارة داخل نظام معين، وبسبب هذا الترابط بين الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة، يمكن القول بأن كلما زادت كمية الجزيئات وحركتها داخل النظام، زادت درجة الحرارة وبالتالي زادت كمية الطاقة الحرارية
- وكما سبق الذكر، فإن طاقة الحرارة في نظام معين تعتمد على درجة حرارة هذا النظام الذي يتأثر بحركة جزيئاته، فعدد الجزيئات وزيادة حركتها داخل هذا النظام يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة والطاقة الحرارية. ولذلك، عند درجة حرارة الصفر المئوي، يكون الطاقة الحرارية في هذا النظام معين هو الصفر.
- يعني ذلك أن كوبًا من الشاي المغلي والصغير الحجم والذي يتمتع بدرجة حرارة عالية قليلاً، يمكن أن يحتوي على طاقة حرارية أقل من بركة مائية أكبر الحجم والتي تتميز بدرجة حرارة أقل. وإذا تم وضع كوب الشاي المغلي بجوار مكان التجمد، فإن الكوب سيتجمد أولاً لأنه يحتوي على طاقة حرارية أقل من البركة المائية.
بعض التعريفات المهمة
درجة الحرارة: درجة الحرارة هي متوسط الطاقة الحركية داخل جسم محدد ويمكن قياسها بثلاثة مقاييس مختلفة (فهرنهايت، مئوية، كلفن)
الطاقة الحرارية: تعني الطاقة الحرارية مجموع الطاقة الحركية لجميع الجزيئات ضمن نظام معين.
الحرارة: يجب علينا أن نتذكر أن الحرارة التي تحدث نتيجة لتدفق الطاقة الحرارية بسبب اختلاف درجات الحرارة، تنتقل من الكائنات ذات درجات حرارة أعلى إلى درجات حرارة أقل من خلال التوصيل أو الحمولة الحرارية أو الإشعاع.
بالإضافة إلى الطاقة الحرارية، تتدفق الحرارة دائمًا من المناطق الأكثر دفئًا إلى المناطق الأكثر برودة.
الطاقة الحرارية وحالات المادة
المادة موجودة في ثلاث حالات: تتحول المواد إلى حالات مختلفة، صلبة أو سائلة أو غازية، وعندما يتم تغيير حالة المادة، يتم إضافة أو إزالة الطاقة الحرارية، ودرجة الحرارة تبقى ثابتة، وعندما يتم ذوبان المادة الصلبة، على سبيل المثال، فإن الطاقة الحرارية هي التي تؤدي إلى انفصال الجزيئات الصلبة داخل المادة.
الحرارة: نقل الطاقة الحرارية
يمكن إعطاء الحرارة في ثلاث عمليات مختلفة: التوصيل، الحمل الحراري، أو الإشعاع.
التوصيل
يحدث التوصيل عندما يتم نقل الطاقة الحرارية من خلال تفاعل الجزيئات الصلبة، وغالبًا ما يحدث هذا النقل عند الطهي، حيث يتم تسخين وعاء معدني مما يؤدي إلى تحريك الماء وعاء المعدن أيضًا، ويحدث التوصيل عادةً في الغازات أو السوائل، بينما يحدث في المواد الصلبة في الغالب، ويعتمد نقل الطاقة الحرارية في هذه المواد على اختلاف درجات الحرارة، كمثال من ذلك وعاء الغليان الذي يتم فيه نقل الحرارة من الماء
الحمل الحراري
يحدث الحمل الحراري عندما ترتفع الفقاعات إلى السطح وبذلك يتم نقل الحرارة من الأسفل إلى الأعلى.
الاشعاع
- الإشعاع هو عملية نقل الطاقة الحرارية عبر الفضاء، وهو المسؤول عن أشعة الشمس التي تغذي الأرض.
- يشير مفهوم الطاقة الحرارية إلى استخدام الحرارة في الأجهزة اليومية مثل المحركات في السيارات والقطارات، حيث تتحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، كما تعمل الثلاجات على إزالة الحرارة من المنطقة الباردة إلى المنطقة الدافئة.
- يتميز نقل الطاقة الحرارية عن طريق الإشعاع بعدم تشارك أي جزيئات في الإشعاع، وهذا يختلف عن التوصيل والحمل الحراري، وبالتالي يمكن لنقل الطاقة الحرارية عن طريق الإشعاع أن يعمل حتى في الفضاء، بينما لا يمكن ذلك في التوصيل والحمل الحراري.
- يتم شعورنا بحرارة الشمس عن طريق الإشعاع، على الرغم من أنها تبعد ملايين الكيلومترات في الفضاء.
- توفر كاميرات الأشعة تحت الحمراء صورًا حتى في الظلام، حيث تعتمد على الحرارة بدلاً من الضوء المرئي.
- تتمحور الأبحاث العلمية الحديثة حول استخدام الطاقة الشمسية لإنتاج الكهرباء من خلال تحويلها إلى طاقة حرارية. تقوم مراكز البحث العلمي مثل وكالة ناسا بالتحقق من استخدامات الطاقة الحرارية وتطبيقاتها لتحسين كفاءة إنتاج الطاقة. على سبيل المثال، في عام 1990، قامت وكالة ناسا بدراسة مفصلة لنظام الطاقة المستند إلى تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية لإنتاج الكهرباء والحرارة. ولكن تبين أن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية يسهل عندما لا يكون النظام في حالة توازن حراري ديناميكي. اقترح العلماء تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية باستخدام جسم متحرك أو سوائل جارية.
المراجع :
