الطاقة الحرارية وطرق انتقالها

الطاقة الحرارية وطرق انتقالها، الطاقة الحرارية تعد من أحد أشكال الطاقة المعروفة والمشهورة بين الناس، والتي ينسب إليها الكثير من الفضل الذي نراه في عصرنا الحالي بالنسبة للصناعات والطاقة والآلات المتطورة.

فمعظم أشكال الطاقة التي نعاصرها حالياً تنسب إلى الطاقة الحرارية والتي تنتج من جراء عمليات حرق الوقود الأحفوري، وبعد ذلك تتم عملية تحويلها بمختلف الطرق إلى بعض أشكال الطاقة الأخرى مثل الطاقة الكهربائية.

كيفية انتقال الحرارة بالشكل البسيط

• عملية انتقال الحرارة بشكل عام، تقوم بوصف مسألة تدفق الطاقة الحرارية وسط الجزيئات المنفصلة.
  • وسبب ذلك التفاوت الحراري فيما بينها، كما أن عملية الانتقال الحراري هذه لا تعتمد فقط على الطاقة، بوصفها فقط طاقة صرفة.
•  حيث أن العلماء وجدوا أن مسألة الانتقال قد تحدث على مستويين مختلفين وهما الكتلة والعمل.
  • وعلى صعيد آخر فإن مسألة انتقال الحرارة بين وسطين قد يصاحبها أيضاً بانتقال عمل أو كتلة أحدهما إلى الآخر.

شاهد أيضًا: ما هي مميزات وعيوب الطاقة المدية

ما هو القانون الثاني في الترموديناميك

• أهم نصوص القانون الثاني للديناميكا الحرارية يقول بأن يتم انتقال الحرارة باتجاه واحد في الحالة السوية الطبيعية.
  • وذلك عن طريق، الأجسام الحرارية ذات نسبة الحرارة الأعلى إلى الأجسام الحرارية ذات نسبة الحرارة الأدنى.
• ولكي نقوم بعكس هذا القانون لابد من ظهور مؤثر خارجي، يتم تطبيقه جهداً أو عملاً.
  • يقوم بفرض عملية انتقال الحرارة من الجسم الأبرد إلى الجسم الآخر الساخن والأكثر حرارة.
• وأكبر مثال على الانتقال العكسي نراه أمامنا بوضوح هو الثلاجة، حيث تقوم عن طريق الطاقة الكهربائية.
  • بامتصاص الحرارة من داخل غرفة التبريد الموجودة داخلها، وسط أقل درجة حرارة، ثم إطلاقها إلى الوسط المحيط، وهو الأكثر حرارة.

ما هي طرق انتقال الحرارة

• يمكن للحرارة أن تنتقل عن طريق ثلاث طرق أساسية، هما النقل، والتوصيل، والإشعاع.
• كل من النقل والتوصيل يحتاجون إلى توافر وسط مادي من أجل أن تحدث عملية النقل، على خلاف الإشعاع الذي لا يحتاج إلى الوسط المادي.

كيفية انتقال الحرارة بالتوصيل

• تحدث عملية التوصيل من خلال التماس جسمين صلبين كلاهما يحمل درجات حرارة مختلفة.
  • وبذلك يحدث انتقال ما بين الجسم الذي يحمل حرارة أقل، إلى الجسم الذي يحمل درجة حرارة أعلى.
• حتى يحدث تساوي بينهما، ونستطيع تعريف التوصيل، بأنه انتقال الحرارة من خلال تصادم جزيئات مادتين مختلفتين حرارياً.
• حيث أن من هذا التصادم الذي ينتج من التماس بين جزيئات المادتين الأولى والثانية، يجعل المادة الأكثر حرارة صاحبة الطاقة الحرارية الكبيرة.
  • تقوم بإعطاء جزئاً من طاقتها الحرارية الكبيرة إلى جزيئات المادة الأخرى وبذلك تقوم برفع درجة حرارتها.
• والمادة الثانية تقوم بالاصطدام مع جزيئاتها لتقوم بنقل الحرارة بواسطة جزيئاتها المختلفة، واقع الأمر إن خاصية التوصيل موضع اختلاف بين جسم وآخر.
• حيث أن هناك بعض المواد ذات درجة توصيل حرارية عالية ومواد أخرى ضعيفة التوصيل، فالأجسام الصلبة.
•  تتميز بمستوى نقل حراري عالي يأتي بعدها السوائل ثم يأتي بعدها الغازات، وهي أقل مستوى نقلي حراري، وهذا الأمر واقعياً يرتبط بمدى كثافة الجزيئات.
• حيث أننا نعلم أن الجزيئات الخاصة بالمواد الصلبة، تكون متراصة وكثيفة على خلاف المادة الغازية التي تكون متناثرة ومبعثرة فيصبح احتمال تصادم الجزيئات فيها أقل.
• ومن أبرز الأمثلة على انتقال الحرارة عن طريق التوصيل هو إحساسك بانتقال الحرارة إليك عند حدوث تلامس للأجسام الدافئة.

كيفية انتقال الحرارة بالنقل

• يعد انتقال الحرارة بالنقل هي الوسيلة الأكثر شيوعاً في انتقال الحرارة في الغازات والسوائل.
  • ويحدث من خلال عملية انتقال الحرارة في الطبقات الأعلى حرارة في الغازات والسوائل إلى الطبقات الأقل.
• وفي نفس الوقت فإن الطبقات الأقل حرارة تهبط لتحتل مكان الفراغ الذي خلفه انتقال الطبقات الساخنة.
  • واستمرار هذه الحركة يشكل نموذجاً ثابتاً من هبوط وصعود الطبقات الباردة والدافئة باستمرار.
• ومن أبرز الأمثلة على انتقال الحرارة بالنقل هو عملية تسخين الماء.
• حيث عند بلوغ درجة حرارة الماء مائة درجة مئوية يبدأ ظهور الفقاعات الهوائية بالتجمع والتشكيل أسفل الوعاء الذي يتم تسخينه.
• ومن السهل ملاحظة طرق انتقال هذه الفقاعات إلى الطبقات الأعلى وهبوط الماء المتواجد في السطح إلى الطبقات السفلى في نفس الوقت.

شاهد أيضًا: ما هو مفهوم تحويل الطاقة

كيفية انتقال الحرارة بالإشعاع

• النقل والتوصيل كلاهما يحتاجان إلى وسط مادي، ليحدث من خلاله انتقال الحرارة بين الأجسام.
  • على خلاف النقل بالإشعاع الذي لا يحتاج إلى وسط مادي ناقل بين كل من مصدر الحرارة والجسم الذي يتلقى الحرارة.
• فنحن نستطيع الشعور بحرارة الشمس، على الرغم من تباعدنا الكبير عنها.
  • وذلك حيث أن الحرارة بوسعها الانتقال من خلال الفراغ الفضائي من خلال الإشعاع الحراري.
• الإشعاع الحراري وهو المعروف أيضاً بالأشعة تحت الحمراء، وهي في حقيقة الأمر شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي، أو بما معناه الضوء.
• والإشعاع في العموم يقوم بوصف عملية انتقال الطاقة على شكل أمواج كهرومغناطيسية بسرعة الضوء.
  • بالإضافة إلى عدم احتياجه إلى وسط مادي للانتقال، كما أنه لا يشترط لحدوثها حدوث تبادل بين كتل المواد.
• حيث أن جميع المواد أو الأجسام تقوم بإطلاق إشعاع، ولكن يختلف معدل الطاقة المنبعثة ومعدل الإشعاعات من المادة والتناسب بينهما تناسب طردي.

الحمل الطبيعي والقسري

• في حال كان هناك حركة الموائع قد نتجت نتيجة وجود فرق في الكثافة يرافقه فرقاً آخر في درجة الحرارة فإن ذلك الحمل يكون طبيعياً.
• أما في حال قام المائع بالتحرك من خلال استخدام مروحة أو مضخة، بالإضافة إلى وجود فرق في درجة الحرارة والكثافة فإن ذلك يكون عبارة عن حملاً قسرياً.

ما هي آليات انتقال الطاقة الحرارية بالتوصيل

تحرر الإلكترونات

• تكتسب الالكترونات الطاقة بواسطة الحرارة التي تقوم بتحريرها من خلال طرق سعيها داخل الذرة، ثم تبدأ في السعو لتأخذ معها جزء صغير من الطاقة.
• ثم تعيد ارساله لذرة أخرى تكون مجاورة لها ومن خلال هذا تظهر الفلزات بشكل واضح عن طريق التوصيل الحراري.

التصادم

• عند اكتساب الذرات للحرارة يتسبب ذلك في زيادة التذبذبات لديها وتساعد على تحررها مما يؤدي إلى حدوث تصادم بين الذرات الموجودة حيث يتم ظهور هذا التصادم للمواد الغير موصلة.

انتشار الفوتونات

• عند حدوث اكتساب الذرات للطاقة فإن ذلك يؤدي إلى اهتزازها مما يؤدي لإنتاج طاقة تسمى الفوتونات وتكون هذه الطاقة قليلة مقارنة بالطاقة التي تقوم بحمل الإلكترونات للمادة.

ما هي خصائص الآليات لتيارات الحمل

• بعض جزيئات الموائع تحدث لها هبوط وصعود لجزيئاتها، كما تنتقل أماكنها وفي هذه الحالة تكون محملة بالطاقة المكتسبة.
• كما أنها تتميز بامتلاكها حركات منسقة ومنظمة تستطيع من خلال الحركات العشوائية حمل طاقة أعلى.
• لها بعض الاتجاهات المنظمة والمحددة حركة الموائع إما أن يكون هذا الاتجاه هو اتجاه موحد من الأسفل للأعلى أو أن يكون اتجاه عشوائي.
• ولابد من التأكيد على وجود ارتباط بين الطاقة الحرارية الانتقال الحراري الذي يحدث بين الأجسام.
  • بالإضافة إلى كونها لا تعد المقياس الرسمي لدرجات حرارة الأجسام.
• لذلك لابد لنا من التفريق جيداً بين كل من الطاقة الحرارية للجسم ما وبين درجة حرارة هذا الجسم، ووحدات قياس هذه الطاقة الحرارية.

شاهد أيضًا: تعريف الطاقة المتجددة وانواعها

وفي الختام أتمنى أن يكون المقال قد حاز على إعجابكم وأن تكونوا قد استفدتم منه ولو قليلاً، قد تناولنا في هذا المقال كل ما يخص الطاقة الحرارية وطرق انتقالها.