الطاقة الحرارية

الطاقة الحرارية

الطاقة الحرارية شكل معهود من أشكال الطاقة، يتم انتقالها عن طريق التوصيل أو الإشعاع أو الحمل. حيث يتم انتقال الحرارة دائما من الجسم الساخن إلى البارد. يتسبب انتقال الحرارة من جسم إلى جسم إلى رفع درجة حرارته.

الطاقة الحرارية هي أو ما عرفه الإنسان عن الطاقة ، بصرف النظر عن معرفته أو عدم معرفته بأن أشعة الشمس هي أيضا نوع من أنواع الطاقة. كان سيطرة الإنسان الأول على الطاقة الحرارية في إيقاد النار سببا رئيسيا في تطوره الحضاري. وحتى الآن تلعب الطاقة الحرارية دورا هاما يوميا في حياتنا ، فنحن نطهو الطعام بها ، ونولد منها في المحطات الحرارية الطاقة الكهربائية ، كما أننا نستغلها في إدارة المحركات مثل الآلة البخارية ومحرك الاحتراق الداخلي والمحرك النفاث والصواريخ.

يمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى أي نوع آخر من الطاقة مثل الطاقة الميكانيكية كما في السيارة ، أو طاقة كهربائية كما في محطة الطاقة الكهربائية أو طاقة إشعاعية كما في النار أو في النجوم وغيرها.

لهذا حظيت الطاقة الحرارية منذ القدم بالدراسة ، وصيغت قوانينها خلال القرن التاسع عشر فيما يسمى علم الحركة الحرارية (ترموديناميكا(

تقاس الطاقة الحرارية بوحدة سعرة أو بوحدة جول.

طرق انتقال الحرارة ثلاث

وهي :

      التوصيل Conduction

      الحمل Convection

      الإشعاء  Radiation

(1 التوصيل

وهو انتقال الحرارة من مادة إلى أخرى عندما يكونا متماسان مباشرة. يسمح التوصيل الحراري بالانتقال الحرارة عبر المواد الصلبة، فعندما نسخن مثلا قضيب حديدي من جهة، فالحرارة تنتقل بفعل التوصيل الحراري إلى الجهة الأخرى الباردة. وعادة المواد ذات توصيل حراري جيد تكون كذلك ذات توصيل كهربائي جيد

قانون فورييه

ينص قانون فورييه على أن معدل التدفق الحراري مع الزمن عبر سطح مادة ما A يتناسب مع التدرج الحراري ومع مساحة السطح القائم الذي يعبره

حيث:

 كمية الحرارة المنتقلة في واحدة الزمن [W] or [J•s-1],

 السطح الذي يعبره الدفق الحراري [m2],

(2الحمل

الحمل الحراري إحدى طرق انتقال الحرارة. ويجري قيها نقل الحرارة من محل إلى آخر عبر تحريك الموائع من مكان إلى آخر.

ومن أمثلة ذلك ما يَحدث في باطن الشمس عندما تنتقل الطاقة من نواتها إلى الفوتوسفير بالحمل الحراري.

وتنقسم سبل الحمل الحراري إلى قسمين:

-حمل طبيعي (بالإنجليزية: Natural Convention‏): وهو ما يحدث دون تدخل الإنسان. مثل: حمل الهواء للحرارة من المكان الحار إلى المكان البارد أثناء تحركه بسبب فرق الكثافة، فإن الغازات الساخنة تقل كثافتها وبالتالي ترتفع إلى أعلى ويحل محلها غازات باردة.

-حمل جبري أو قسري (بالإنجليزية: Forced Convection‏): حيث تتحرك دقائق المائع الناقل للحرارة حركة قسرية كأن تحركها تيارات قسرية تولدها أجهزة صناعية تعمل على إيجاد فرق في الضغط بين منطقتين في المائع. تعمل حركة المائع القسرية على نقل الحرارة أينما ذهبت كما في النوع الأول، ولكن بطبيعة قسرية. مثل: مروحة التبريد داخل الحاسوب التي تحرك الساخن إلى خارجه ليحل محله هواء بارد.

(3الإشعاع

يختلف  تنقل الحرارة بفعل الإشعاع عن سابقيه بأنه لا يحتاج أن يكون تماس بين الجسمين الذين يتبادلان الطاقة الحرارية، حتى ولو كان بينهم فراغ تام. فالطاقة الحرارية يمكنها إن تتنقل في شكل موجات كهرومغنطيسية وبسرعة الضوء حتى تصل إلى الجسم الذي يمتص الحرارة أو يعكسها كلًها أو جزء منها. وهذه الموجات لا تسخن المحيط الذي تمر به إلا إذا امتص هذا الأخير جزء منها. ولهذا عندما نكون أمام كانون من النار نحس بأشعة منبعثة منه تلفح الوجه

مثال تصنيع الحديد

ونذكر هنا حال قضيب الحديد الذي يُسخن لدرجات عالية من الحرارة (عند الحدّادين مثلا)، يحمر لونه أولا ثم يصفر.

عند تسخين الحديد يحمر لونه أولا ثم يصفر.