بحث عن الطاقة الحرارية

الطاقة الحرارية

تَنتُج الطّاقة الحرارية (بالإنجليزيّة: Thermal Energy) عن الطاقة الكُليّة لحركة الجُزيئات الدّاخلية للمادّة بطريقة غير مُنظّمة، إذ إنّ المادة تتشكل من جُزيئات أو من ذرات فقط، وتختلف سُرعة الطّاقة الحركية في الجُزيئات إذ إنّها لا تنحصر بسرعة محددة، ويعود ذلك إلى درجة الحرارة التي تتحكم بمتوسط سُرعة الطّاقة الحركيّة، والتي تعكس ذلك بعلاقة طرديّة بينهما، بحيث تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة الطّاقة الحركيّة.

تختلف حركة الجُزيئات باختلاف حالة المادة، حيث تكون في الحالة السائلة والحالة الغازيّة غير مُقيدة في حركتها مقارنةً بالحالة الصّلبة التي تُعد جُزيئاتها مُقيّدة ولا تَقوى إلا على الاهتزاز، ولا يمك رؤية جُزيئات المادة بالعين المُجردة وذلك بسبب حجمها الصغير جداً، إلا أنها تمتلك كتلة صغيرة والتي تُعد السبب في توليد طاقة حركيّة بوجود عامل السرعة، وقد تتفاعل الجُزيئات فيما بينها، أو قد تتفاعل مع المحيط، وذلك يعود إلى طبيعة المادة مما يؤدي إلى توليد أنواع أُخرى من الطاقة.

تحويل الطّاقة الحراريّة

يتطلب تحويل الطّاقة الحراريّة من جسم إلى آخر إلى وجود توازن حراري ديناميكي، بحيث تختلف درجة الحرارة بين الجسمين، إذ يجب دَمج الجسمين معاً أو ملامستهم لبعضهم البعض عند درجات حرارة مختلفة ليتم انتقال الطاقة الحرارية من جسم إلى آخر كما هو الحال في المُحرك الحراري، وذلك على عكس أنواع الطاقة الأُخرى التي لا تحتاج إلى توازن حراري ديناميكي إذ يَمتلك السائل المُتدفق أو المادة الصلبة على طاقة يُمكن تحويلها مباشرة للعمل في بعض الأجهزة الميكانيكية مثل الطاحونة الهوائية أو توربين المياه، ولكن لا يُمكن لنفس السائل أو المادة الصلبة القيام بأي عمل عندما يكون في حالة توازن ديناميكي حراري ويُمكن قياس الطّاقة الحرارية من خلال درجة الحرارة، حيث تتكوّن الطاقة الموجودة لجزيئات الكائن من الطّاقة المُحتملة لجسم ما (EP)، والطّاقة المِجهرية الكامنة (EK)، ويُطلق عليها المحتوى الحراري، وهذا ما يؤدي إلى إنتاج الطّاقة الكليّة (ET) حسب المعادلة التّالية:

الطاقة الكلية للجسم =EK+EP

طريقة نقل الطّاقة الحرارية

هناك ثلاثة طرق أساسيّة لتوصيل الطّاقة الحراريّة، وهي:

• التّوصيل (بالإنجليزيّة: Conduction): تنتقل الطّاقة الحرارية بهذه الطّريقة عن طريق تصادُم جسمين مختلفين، فتنتقل الحرارة من الجسم الأسخن الذي يحتوي على طاقة حرارية عالية إلى الجسم الأبرد، بحيث يَحدُث تبادل للطاقة الحرارية، والطّاقة الحركيّة، إذ تحتوي الأجسام على ذرّات، وجُزيئات، وأيونات، تتحرك بشكل دائم كالسّوائل، والغازات، أو قد تهتز لأنها تُعد مُقيّدة كالجسم الصّلب، ويتم حفظها في ما بينهما للحصول على حرارة مُتجانسة، ومثال على ذلك الماء والوعاء، إذ إنّ الماء الساخن يحتوي على جُزيئات تتمتع بأكبر قدر من الطاقة الحركية كونها سائلة، فتتصادم هذه الجُسيمات مع جُزيئات المَعدن وتنتقل الطاقة من الماء إلى الوعاء لتُصبح مُتساوية الحرارة، ويُعد المعدن سريع في التقاط الحرارة.
• الحمل الحراري (بالإنجليزيّة: Convection): تُعد عمليّة الحمل الحراري عملية نقل الحرارة من مادة إلى مادة أُخرى عن طريق حركة السوائل، وهي أساسية لنقل الحرارة في السوائل، حيث يَحمل المائع المُتحرك الطّاقة به والتي تعتمد على فرق الكثافة بين الأجسام، فالموائع الأبرد أعلى كثافةً، أما الأسخن فهي الأقل كثافةً، مما يؤدي إلى ارتفاع الجزيئات الأقل كثافة إلى الأعلى عند تسخينها، وبذلك تُنتَج تيارات حراريّة.
• الإشعاع (بالإنجليزيّة: Radiation): تتميز طريقة انتقال الحرارة بالإشعاع بعدم حاجتها لحدوث اتصال بين جسمين مختلفين، وذلك لأن الحرارة تنتقل من مصدر تولدها إلى المصدر المحيط بها، حيث تنتقل الطّاقة الحراريّة على شكل موجات كهرومغناطيسيّة إلى المكان المحيط بها، إذ يُعد مصدر الحرارة التي تصل الأرض هي الأشعة القادمة من الشمس، وذلك نتيجة الأمواج الكهرومغناطيسية التي تنتقل من الشمس إلى الأرض.