هل الحرارة مادة
سنقدم في هذا المقال محتوى شامل عن الحرارة وتحديد ما إذا كانت الحرارة مادة أم لا من خلال موسوعتنا. فالحرارة تعتبر إحدى صور الطاقة المختلفة، ويمكن قياسها باستخدام أجهزة مختصة مثل جهاز الثيرمومتر. وتتعدد الوحدات التي يمكن من خلالها تقدير الحرارة، مثل وحدة الكلفن ووحدة الفهرنهايت ووحدة السيليزية.
يحصل كوكب الأرض على الحرارة مباشرة من الشمس، التي تظهر في السماء الصافية بنورها الساطع، لتمنح الأرض الحياة والحرارة والطاقة اللازمة للعيش على سطحها. ويتم تحويل هذه الطاقة إلى أشكال مختلفة يمكن استخدامها في العديد من مجالات الحياة، مثل وضع لوحات الخلايا الشمسية على الأسطح لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. وبالنظر إلى فهم الحرارة، يتساءل البعض هل تعتبر الحرارة مادة؟
- الحرارة ليست مادة، ويمكن تفسير ذلك بالرجوع إلى تعريفها الصحيح.
- إذ أنها تتواجد المادة في ثلاثة أشكال وهي (الصلبة، والسائلة، والغازية).
- بتعيين المفهوم العلمي الصحيح للحرارة، نجد أنه لا يتوافق مع أشكال المادة المختلفة.
- بجانب عدم المقدرة على تحديد الكتلة القياسية للشمس وقياس النسب المختلفة للعناصر بداخلها.
ما هي الحرارة
الحرارة هي مصدر للحياة على سطح الأرض ولكل كائن حي ونبات، وبدونها لا يمكن للنبات إكمال عملية البناء الضوئي التي تساعده على النمو والازدهار، ولذلك لها دور هام وفعال في العديد من مجالات الحياة والمجالات العلمية مثل الكيمياء والفيزياء، وهنا بعض التعريفات الخاصة بالحرارة:
- في العلوم الكيميائية ، يعرف الحرارة بأنها مؤشر لمقدار الطاقة الحرارية الموجودة في جسم المادة أو جسم الإنسان.
- ومن خلالها يمكن استنتاج حركة جزيئات المادة واحتكاكها مع بعضها البعض داخل الجسم، مما يساعد في تحديد حالتها الخاصة.
- تظهر الحرارة مقدار الحرارة والبرودة في الجسم من خلال قياس الدرجات الحقيقية باستخدام أجهزة القياس المختلفة.
- يتم استنتاج مستوى الطاقة الحركية للجزيئات والذرات في المواد من خلال الحرارة.
- يعتبر الحرارة مؤشرا فريدا في علم الفيزياء، حيث يتم استخدامها لتحديد قدرة مادة ما على نقل الطاقة الحرارية من نظام فيزيائي محدد إلى نظام آخر.
مصادر الحرارة
في الفقرة السابقة، تعرفنا على الحرارة كمادة، حيث تعتبر الحرارة واحدة من أهم أنواع الطاقة الموجودة على سطح الأرض، ويمكن تحويلها إلى أنواع مختلفة من الطاقة واستخدامها في مجالات حياتية متعددة، وتختلف المصادر التي يمكن الحصول على الحرارة منها، وإليكم بعض مصادر الحرارة التالية:
التفاعلات الكيميائية
- تعد التفاعلات الكيميائية بين العناصر وذرات المواد من أهم مصادر الحرارة.
- عند تفاعل المواد مع بعضها، يتم إنتاج طاقة حرارية تمتصها التفاعل أو تطردها إلى الخارج.
- مثل التفاعل الكيميائي للأكسجين مع الوقود الذي يؤدي إلى احتراق الوقود وإصدار الطاقة الحرارية.
أشعة الشمس
- مصدر الطاقة والحرارة الأساسي والمتجدد على سطح الأرض.
- تمتص النباتات الأشعة الشمسية لإتمام عملية التمثيل الضوئي.
- هي مصدر الحياة للكائنات الحية، فبدونها تتغير الأرض وتنعدم.
- يمكن استخدام كميات ضخمة من أشعة الشمس في العديد من المجالات.
- تمكنت أفران الطاقة الشمسية من جمع كمية كبيرة من أشعة الشمس واستخدامها لاحقا.
باطن الأرض
- يحتوي باطن الأرض على كميات ضخمة من الصخور والأحجار.
- الحرارة تنشأ من بركان يندفع من باطن الأرض إلى سطحها.
- يؤدي احتكاك الصخور ببعضها إلى حدوث تفاعلات كيميائية تساعد على انصهارها.
- ثم تقوم برميها على سطح الأرض بسبب الحرارة الهائلة في الداخل.
الاحتكاك بين الأجسام
- وصل العلماء إلى إمكانية توليد حرارة عند احتكاك الأجسام مع بعضها البعض.
- ولكن هذا التعارض أحيانا يمكن أن يسبب مشاكل للإنسان.
- عند تلامس أجزاء السيارة أثناء القيادة، يتولد حرارة.
- تسبب هذه الحرارة التآكل في أجزاء السيارة وتؤثر عليها على المدى القصير.
طرق انتقال الحرارة
تختلف طرق انتقال الحرارة من جسم إلى آخر حيث تنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم البارد ولا يحدث العكس. تتم بثلاث طرق وهي التوصيل والإشعاع والحمل. عند تعرض الجسم البارد لكمية معينة من الحرارة، تزداد الطاقة الداخلية للذرات، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الجسم البارد. ينتقل كل الحرارة حتى يحدث التوازن الحراري وتتساوى درجة الحرارة في الجسمين.
انتقال الحرارة بالتوصيل
- تنتقل الحرارة عن طريق التوصيل من خلال تبادل حركة الإلكترونات الحرة داخل المواد المختلفة.
- كما أنها تنتقل من خلال زيادة اهتزاز الذرات مع بعضها البعض وتصادم جزيئات المادة.
- يتم نقل الحرارة بطريقة التوصيل عبر المواد الصلبة والسائلة، إلى جانب المواد في الحالة الغازية.
- تم اكتشاف الفاعلية والكفاءة في نقل الحرارة عبر المواد الصلبة.
- من خلال استخدام موصلات جيدة للتوصيل الحراري وتوصيلها بمعدنين مختلفين في درجة الحرارة.
انتقال الحرارة بالإشعاع
- الحرارة تنتقل عن طريق الإشعاع من أشعة الشمس التي تصل إلى سطح الأرض دون تأثير الوسط المحيط، أو عن طريق استخدام وسائل نقل الحرارة المختلفة.
- تم تطبيق مفهوم الإشعاع من قبل علماء الفيزياء على الأشعة التي تنبعث من الشمس وتسافر في الفراغ حتى تصل إلى سطح الأرض.
- تتحرك الأشعة على شكل موجات تعرف بالموجات الكهرومغناطيسية التي تسلكها الفوتونات.
انتقال الحرارة بالحمل
- يعرف أنها نقل الحرارة من وسط إلى وسط آخر عن طريق حركة مستمرة لجزيئات الوسط.
- يتم استخدام وسيلة النقل بالحمل في المواد السائلة والغازية فقط.
- يمكن تمثيل تجربة انتقال الحرارة بالحمل من خلال وضع كمية محددة من سائل على النار.
- ثم انتظر بضع دقائق حتى يتم التسخين، ستلاحظ ارتفاع الهواء الساخن من السائل لأعلى ليتم استبداله بالهواء البارد.
- يمكن وضع كمية محددة من الغاز داخل أنبوبة محكمة الإغلاق، ثم تعريضها لدرجة الحرارة.
- بعد إنهاء عملية التسخين، يحدث تمدد في الغاز مما يؤدي إلى تقليل كثافته.
وحدات قياس درجة الحرارة
هناك ثلاث وحدات قياس لدرجة الحرارة وفقا للنظام العالمي SI، حيث يتم قياس الحرارة في العديد من المختبرات الفيزيائية والكيميائية المختلفة. تمكنت المنظومة من إتاحة إمكانية القياس باستخدام هذه الوحدات الثلاث، ويمكن التحويل المباشر بين الوحدات عن طريق إجراء بعض العمليات الحسابية. وفيما يلي وحدات قياس درجة الحرارة:
الكلفن
- يرمز لوحدة القياس كلفن بالرمز K
- تعتبر وحدات SI من أهم الوحدات المعتمدة عالميا.
- يتم استخدام الكلفن في العديد من المجالات لتوضيح العلاقات المختلفة بين المواد وبعضها.
- يمكن من خلال توضيح العلاقة بين حجم غاز معين ودرجة الحرارة المطلقة.
- كما يظهر العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه عن طريق درجة الحرارة.
- أدنى درجة حرارة يصل إليها هي صفر كلفن.
السيليزية
- يرمز لوحدة القياس السيليزية بالرمز C
- تلعب هذه الوحدة دورا مهما في الظواهر الجوية.
- تستخدم وحدة السيليزية بشكل متكرر في الحياة اليومية.
- تعرف من خلال الوحدة على درجة حرارة الطقس اليومية.
الفهرنهيت
- يرمز لوحدة القياس الفهرنهيت بالرمز F
- يقتصر استخدام وحدة الفهرنهايت على الولايات المتحدة فقط.
وبهذا نصل إلى ختام مقالنا الذي قدمنا من خلاله إجابة وافية لسؤال هل الحرارة مادة، وذلك في إطار التعرف على مفهوم الحرارة في العلوم الفيزيائية والعلوم الكيميائية، بالإضافة إلى طرق انتقال الطاقة الحرارية المختلفة، ووحدات قياس الحرارة المعتمدة من المنظمات العالمية والتي تستخدم بشكل يومي في العديد من المعامل الكيميائية.
يمكنكم قراءة المزيد من المقالات المتنوعة حول الحرارة عبر الموسوعة العربية الشاملة.
- البحث عن الحرارة ومصادرها والفروق بين الحرارة والطاقة الحرارية
- تعريف الحرارة في العلوم
- بحث عن الحرارة وطرق انتقالها
المراجع