الطاقة الحرارية وطرق انتقالها

الطاقة الحرارية وطرق نقلها الطاقة الحرارية هي أحد أشكال الطاقة المعروفة والمشهورة بين الناس، والتي تُمنح الكثير من الفضل في الصناعة والطاقة والآلات المتقدمة.

تُعزى معظم أشكال الطاقة التي نختبرها حاليًا إلى الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري ثم عملية تحويلها بطرق مختلفة إلى أشكال أخرى من الطاقة مثل الطاقة الكهربائية.

كيف يتم نقل الحرارة بطريقة بسيطة؟

• تصف عملية نقل الحرارة بشكل عام مشكلة تدفق الطاقة الحرارية عبر الجزيئات الفردية.
  • والسبب في ذلك هو التناقض الحراري بينهما وعملية نقل الحرارة هذه لا تعتمد فقط على الطاقة لأنها مجرد طاقة نقية.
• كما لاحظ العلماء، يمكن أن تحدث مشكلة الانتقال على مستويين مختلفين، وهما الكتلة والعمل.
  • من ناحية أخرى، يمكن أن تتضمن قضية انتقال الحرارة بين وسيطين أيضًا نقل العمل أو الكتلة من واحدة إلى أخرى.

انظر أيضًا: ما هي إيجابيات وسلبيات طاقة المد والجزر؟

ما هو القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟

• تنص أهم نصوص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن انتقال الحرارة في الحالة الطبيعية يحدث في اتجاه واحد.
  • يتم ذلك عن طريق أجسام حرارية ذات نسبة حرارة أعلى إلى أجسام حرارية ذات نسبة حرارة أقل.
• من أجل عكس هذا القانون، يجب أن يكون هناك تأثير خارجي يتم تطبيقه من خلال الجهد أو الفعل.
  • إنه يفرض عملية نقل الحرارة من جسم أكثر برودة إلى جسم آخر أكثر سخونة وسخونة.
• أكبر مثال على التحول العكسي الذي نضعه في الاعتبار بوضوح هو الثلاجة، التي تعمل بالطاقة الكهربائية.
  • عن طريق امتصاص الحرارة من داخل غرفة التبريد في وسط أدنى درجة حرارة وإطلاقها في البيئة الأكثر سخونة.

ما هي طرق انتقال الحرارة الموجودة؟

• يمكن نقل الحرارة بثلاث طرق رئيسية وهي التوصيل والتوصيل والإشعاع.
• يتطلب كل من الإرسال والتوصيل توفر وسيط مادي لتحدث عملية الإرسال، على عكس الإشعاع الذي لا يتطلب وسيطًا فيزيائيًا.

كيف يتم نقل الحرارة عن طريق التوصيل؟

• تحدث عملية التوصيل من خلال ملامسة جسمين صلبين، كلاهما في درجات حرارة مختلفة.
  • وبالتالي، يحدث انتقال بين الجسم الذي يحمل درجة حرارة منخفضة إلى الجسم الذي يحمل درجة حرارة أعلى.
• حتى تحدث المساواة بينهما ويمكننا تعريف التوصيل على أنه انتقال للحرارة من خلال تصادم جزيئات مادتين متباينتين حرارياً.
• من هذا الاصطدام الناتج عن التلامس بين جزيئات المادة الأولى والثانية، تصنع المادة الأكثر سخونة طاقة حرارية أكبر.
  • إنها تتخلى عن جزء من طاقتها الحرارية الكبيرة لجزيئات المادة الأخرى، وبالتالي ترفع درجة حرارتها.
• تتصادم المادة الثانية مع جزيئاتها لتنتقل الحرارة عبر جزيئاتها المختلفة، وفي الحقيقة فإن خاصية التوصيل هي موضوع الاختلاف بين جسم وآخر.
• نظرًا لوجود بعض المواد ذات الموصلية الحرارية العالية والبعض الآخر ذو الموصلات الرديئة، تصبح المواد الصلبة.
• يتميز بنقل حرارة مرتفع، يليه سوائل، ثم غازات، وهو أقل انتقال للحرارة مرتبط فعليًا بكثافة الجزيئات.
• بما أننا نعلم أن جزيئات المواد الصلبة متماسكة وكثيفة، على عكس المواد الغازية المبعثرة والمبعثرة، تقل احتمالية اصطدام الجسيمات بها.
• أحد أبرز الأمثلة على نقل الحرارة بالتوصيل هو الإحساس بالحرارة التي تنتقل إليك عند ملامستها للأجسام الدافئة.

كيف يتم نقل الحرارة؟

• يعد نقل الحرارة عن طريق النقل الطريقة الأكثر شيوعًا لنقل الحرارة في الغازات والسوائل.
  • تتشكل من خلال عملية نقل الحرارة عند درجات حرارة أعلى في الغازات والسوائل إلى الطبقات السفلية.
• في الوقت نفسه، تنخفض طبقات درجة الحرارة المنخفضة لتحتل المساحة التي خلفها انتقال الطبقات الساخنة.
  • ويشكل استمرار هذه الحركة نموذجًا ثابتًا للهبوط المستمر والصعود للطبقات الباردة والدافئة.
• من أبرز الأمثلة على انتقال الحرارة بالتوصيل تسخين الماء.
• عندما تصل درجة حرارة الماء إلى 100 درجة مئوية، تبدأ فقاعات الهواء في التجمع وتتشكل في قاع الوعاء الذي يتم تسخينه.
• من السهل ملاحظة كيفية انتقال هذه الفقاعات إلى الطبقات العليا وفي نفس الوقت يغرق الماء الموجود على السطح في الطبقات السفلية.

شاهد أيضاً: ما هو مفهوم تحويل الطاقة؟

كيف تنتقل الحرارة بالإشعاع؟

• يتطلب كل من النقل والتوصيل وسيطًا فيزيائيًا يحدث من خلاله انتقال الحرارة بين الأشياء.
  • يتناقض مع النقل الإشعاعي الذي لا يتطلب أي وسط مادي ينتقل بين مصدر الحرارة والجسم الذي يتلقى الحرارة.
• يمكننا أن نشعر بحرارة الشمس رغم أننا بعيدين عنها.
  • وذلك لأن الحرارة يمكن أن تنتقل عبر فراغ الفضاء عن طريق الإشعاع الحراري.
• الإشعاع الحراري، المعروف أيضًا باسم الأشعة تحت الحمراء، هو في الواقع شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي أو الضوء.
• يصف الإشعاع عمومًا عملية نقل الطاقة في شكل موجات كهرومغناطيسية تنتقل بسرعة الضوء.
  • بالإضافة إلى حقيقة أنه لا يتطلب وسيطًا ماديًا للنقل، فلا داعي لأن يكون هناك أي تبادل بين كتل المواد.
• نظرًا لأن جميع المواد أو الأجسام تنبعث منها إشعاعات، فإن معدل الطاقة المنبعثة ومعدل إشعاع المادة والنسبة بينهما متناسبان بشكل مباشر.

الحمل الطبيعي والقسري

• إذا كانت هناك حركة للسوائل بسبب اختلاف الكثافة، مصحوبة باختلاف آخر في درجة الحرارة، فإن هذا الحمل الحراري طبيعي.
• ومع ذلك، إذا كان السائل يتحرك من خلال استخدام مروحة أو مضخة، بالإضافة إلى اختلاف درجة الحرارة والكثافة، فإنه يتم الحمل القسري.

ما هي آليات نقل الطاقة الحرارية بالتوصيل؟

الافراج عن الإلكترونات

• تكتسب الإلكترونات الطاقة من الحرارة التي تطلقها داخل الذرة من خلال طرق الكسح، ثم تبدأ في السعي لأخذ جزء صغير من الطاقة معها.
• ثم أرسلها مرة أخرى إلى ذرة أخرى مجاورة لها ومن خلالها تظهر المعادن بوضوح من خلال التوصيل الحراري.

تصادم

• عندما تكتسب الذرات الحرارة، فإن هذا يرفع اهتزازاتها ويساعد على إطلاقها، مما يتسبب في تصادم بين الذرات الموجودة، حيث يحدث هذا الاصطدام للمواد غير الموصلة.

انتشار الفوتون

• عندما تكتسب الذرات الطاقة فإنها تسبب اهتزازها مما ينتج عنه إنتاج طاقة تسمى الفوتونات وهذه الطاقة صغيرة مقارنة بالطاقة التي تنقلها الإلكترونات إلى المادة.

ما هي خصائص آليات تيارات الحمل؟

• بعض الجزيئات السائلة لها نزول وصعود لجزيئاتها، وتتبدل أماكنها، وفي هذه الحالة تكون مشحونة بالطاقة المكتسبة.
• كما أنها تتفوق في الحركات المنسقة والمنظمة، القادرة على حمل طاقة أعلى من خلال الحركات العشوائية.
• لها بعض الاتجاهات المنظمة والمحددة، حركة السوائل، إما أن يكون هذا الاتجاه اتجاهًا موحدًا من الأسفل إلى الأعلى، أو يكون اتجاهًا عشوائيًا.
• يجب التأكيد على أن هناك علاقة بين الطاقة الحرارية ونقل الحرارة الذي يحدث بين الأشياء.
  • كما أنه ليس المقياس الرسمي لدرجة حرارة الجسم.
• لذلك، يجب أن نميز جيدًا بين الطاقة الحرارية للجسم ودرجة حرارة ذلك الجسم، ووحدات قياس تلك الطاقة الحرارية.

أنظر أيضا: تعريف الطاقة المتجددة وأنواعها

في الختام أتمنى أن ينال المقال إعجابكم بل وقد استفاد منه قليلاً، وفي هذا المقال ناقشنا كل ما يتعلق بالطاقة الحرارية وطرق نقلها.