الطاقة الحرارية وطرق نقلها الطاقة الحرارية هي أحد أشكال الطاقة المعروفة والمعروفة بين البشر، حيث يذهب الكثير من الفضل الذي نراه في العصر الحديث إلى الصناعة والطاقة والآلات الحديثة.
تشير معظم أشكال الطاقة التي نتعامل معها الآن إلى الطاقة الحرارية التي يتم إنتاجها عن طريق حرق الوقود الأحفوري ثم في عملية تحويلها بطرق مختلفة إلى شكل آخر من أشكال الطاقة مثل الكهرباء.
ما هي أسهل طريقة لنقل الحرارة؟
- تصف عملية نقل الحرارة بشكل عام مشكلة مرور الطاقة الحرارية عبر الجزيئات الفردية.
- والسبب في ذلك هو عدم التوافق الحراري بينهما، وعملية نقل الحرارة هذه لا تعتمد فقط على الطاقة، فهي طاقة نقية فقط.
- كما اكتشف العلماء، يمكن أن تحدث مشكلة الانتقال على مستويين مختلفين: الكتلة والعمل.
- من ناحية أخرى، قد تنطوي مشكلة انتقال الحرارة بين وسيطين أيضًا على نقل العمل أو الكتلة من واحدة إلى أخرى.
أنظر أيضا: ما هي مزايا وعيوب طاقة المد والجزر
ما هو القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟
- تقول أهم نصوص البداية الثانية للديناميكا الحرارية أن انتقال الحرارة يحدث في اتجاه واحد في الحالة الطبيعية.
- يتم ذلك باستخدام أجسام حرارية ذات نسبة حرارية أعلى للأجسام الحرارية ذات النسبة الحرارية المنخفضة.
- ولكي نقلب هذا القانون يجب أن يكون هناك تأثير خارجي بالقوة أو الفعل.
- إنه يفرض عملية نقل الحرارة من جسم أكثر برودة إلى جسم آخر أكثر سخونة وسخونة.
- أكبر مثال على الانتقال العكسي الذي يمكننا رؤيته بوضوح أمامنا هو الثلاجة الكهربائية.
- عن طريق امتصاص الحرارة من داخل الغرفة الباردة، داخل أبرد درجة حرارة، ثم إطلاقها في البيئة الأكثر سخونة.
ما هي طرق التبادل الحراري؟
- يمكن نقل الحرارة بثلاث طرق رئيسية، وهي التوصيل والتوصيل والإشعاع.
- يتطلب كل من النقل والتوصيل وجود وسيط فيزيائي لحدوث عملية الإرسال، على عكس الإشعاع الذي لا يتطلب وسيطًا فيزيائيًا.
كيف تنتقل الحرارة بالتوصيل؟
- تحدث عملية التوصيل من خلال ملامسة جسمين صلبين، كلاهما لهما درجات حرارة مختلفة.
- وبالتالي، هناك انتقال بين الجسم الذي يحمل درجة حرارة منخفضة إلى الجسم الذي يحمل درجة حرارة أعلى.
- حتى يكون هناك مساواة بينهما، ويمكننا تعريف التوصيل بأنه نقل الحرارة من خلال اصطدام جزيئات مادتين مختلفتين حرارياً.
- لأن هذا الاصطدام، الذي يحدث نتيجة التلامس بين جزيئات المادة الأولى والثانية، يجعل المادة الأكثر سخونة أكثر طاقة حرارية.
- يعطي بعضاً من طاقته الحرارية العظيمة لجزيئات مادة أخرى وبالتالي يرفع درجة حرارتها.
- تتصادم المادة الثانية مع جزيئاتها لتنتقل الحرارة عبر جزيئات مختلفة، وفي الواقع، فإن خاصية التوصيل هي ما يميز الجسم عن الآخر.
- لأن بعض المواد لها موصلية حرارية عالية والبعض الآخر ضعيف الموصلات والمواد الصلبة.
- يتميز بمستوى عالٍ من انتقال الحرارة، ثم السوائل، ثم الغازات، وهذا هو أدنى مستوى لانتقال الحرارة، وهو في الواقع مرتبط بكثافة الجزيئات.
- كما نعلم، فإن جزيئات المواد الصلبة مدمجة وكثيفة، على عكس المادة الغازية، التي تتشتت وتتشتت، وبالتالي تقل احتمالية اصطدام الجسيمات بها.
- أحد أكثر الأمثلة المدهشة على انتقال الحرارة عن طريق التوصيل هو الإحساس بالحرارة التي تنتقل إليك عندما تتلامس مع الأشياء الدافئة.
كيف يتم نقل الحرارة عن طريق النقل؟
- التبادل الحراري عن طريق النقل هو الطريقة الأكثر شيوعًا للتبادل الحراري في الغازات والسوائل.
- يحدث هذا في عملية نقل الحرارة عند درجات حرارة أعلى في الغازات والسوائل إلى الطبقات السفلية.
- في الوقت نفسه، تنخفض الطبقات ذات درجة الحرارة المنخفضة لتحتل المساحة التي خلفها انتقال الطبقات الساخنة.
- ويشكل استمرار هذه الحركة نمطًا ثابتًا من الغرق المستمر والارتفاع المستمر للطبقات الباردة والدافئة.
- تعتبر عملية تسخين المياه من أبرز الأمثلة على انتقال الحرارة بالتوصيل.
- عندما تصل درجة حرارة الماء إلى 100 درجة مئوية، تبدأ فقاعات الهواء بالتجمع وتتشكل في قاع الوعاء الذي يتم تسخينه.
- من السهل ملاحظة كيفية انتقال هذه الفقاعات إلى الطبقات العليا بينما تغرق المياه السطحية إلى الطبقات السفلية في نفس الوقت.
أنظر أيضا: ما هو مفهوم تحويل الطاقة
كيف يتم انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع؟
- يتطلب النقل والتوصيل وسيطًا فيزيائيًا تنتقل من خلاله الحرارة بين الأشياء.
- على عكس انتقال الإشعاع الذي لا يحتاج إلى وسيط مادي، والذي ينتقل بين مصدر الحرارة والجسم الذي يستقبل الحرارة.
- نشعر بحرارة الشمس رغم أننا بعيدين عنها.
- وذلك لأن الحرارة يمكن أن تنتقل عبر فراغ الفضاء من خلال الإشعاع الحراري.
- الإشعاع الحراري، المعروف أيضًا باسم الأشعة تحت الحمراء، هو في الواقع أحد أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي أو الضوء.
- يصف الإشعاع عمومًا عملية نقل الطاقة في شكل موجات كهرومغناطيسية بسرعة الضوء.
- بالإضافة إلى عدم الحاجة إلى جوهر مادي لنقله، فإنه لا يتطلب أيضًا التبادل بين كتل المواد.
- حيث أن جميع المواد والأجسام تنبعث منها إشعاعات، إلا أن معدل الطاقة المنبعثة ومعدل الإشعاع من المادة والنسبة بينهما متناسبان طرديًا.
الحمل الطبيعي والقسري
- إذا كانت هناك حركة للسائل نتيجة اختلاف الكثافة، مصحوبة باختلاف آخر في درجة الحرارة، فإن هذا الحمل الحراري أمر طبيعي.
- ولكن عندما يتم تحريك السائل بواسطة مروحة أو مضخة، بالإضافة إلى اختلاف درجة الحرارة والكثافة، فإنه يتم إجباره على الحمل الحراري.
ما هي آليات نقل الطاقة الحرارية بالتوصيل؟
الافراج عن الإلكترونات
- تحصل الإلكترونات على طاقتها من الحرارة التي تطلقها من خلال طرق التنظيف داخل الذرة، ثم تبدأ في محاولة أخذ القليل من الطاقة معها.
- ثم أرسلها مرة أخرى إلى ذرة أخرى بجانبها، ومن خلالها تظهر المعادن بوضوح من خلال التوصيل الحراري.
تصادم
- عندما تتلقى الذرات الحرارة فإنها تزيد من تذبذباتها وتساعد على تحريرها مسببة تصادمات 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 تحمل الإلكترونات إلى المادة.
ما هي خصائص آليات الحمل الحالية
- بعض الجزيئات السائلة لها نزول وصعود لجزيئاتها، وتتحرك أماكنها، وفي هذه الحالة تكون محملة بالطاقة المكتسبة.
- كما أنه يتميز بحركات منسقة ومنظمة، والتي من خلال الحركات العشوائية يمكن أن تحمل طاقة أعلى.
- لها بعض الاتجاهات المنظمة والمحددة، حركة السوائل، إما أن يكون هذا الاتجاه اتجاه موحد من أسفل إلى أعلى، أو اتجاه عشوائي.
- يجب التأكيد على أن هناك علاقة بين الطاقة الحرارية والتبادل الحراري الذي يحدث بين الأشياء.
- كما أنه ليس مقياسًا رسميًا لدرجة حرارة الجسم.
- لذلك، يجب أن نميز جيدًا بين الطاقة الحرارية للجسم ودرجة حرارة ذلك الجسم، وكذلك وحدات قياس هذه الطاقة الحرارية.
انظر أيضاً: تعريف الطاقة المتجددة وأنواعها
في الختام اتمنى ان ينال المقال اعجابكم ويجلب لكم القليل على الاقل من الفوائد.في هذا المقال ناقشنا كل ما يتعلق بالطاقة الحرارية وطرق نقلها.