اقرأ بحثا شاملا عن الطاقة الحرارية، وهو واحد من أهم الدروس التي يمكنك الاستفادة منها في علوم الفيزياء. يتعلق هذا البحث بعلم الطاقة وتحويلها إلى أشياء يمكنك استخدامها في حياتك اليومية. وأمثلة شهيرة على هذه الطاقة تشمل الشمس ومصدر التدفئة الذي يوفره لنا. اقرأ هذا المقال في موسوعتنا لتتعرف على أهم المصادر التي يمكننا الحصول على الطاقة الحرارية من خلالها وأهم طرق النقل التي تصل إلينا.
بحث عن الطاقة الحرارية
تعريف الطاقة الحرارية
- هي تلك التي تنتج من خلال حركة الجزيئات الداخلية للمادة ولكن بطريقة غير منتظمة. فهي مكتنزة في نظام معين في حالة التوازن الديناميكي.
- وبشكل عام، لا يمكن الاستفادة من هذا النوع من الطاقة في عمل معين عند استخدامها في أحد الأنظمة، ولا يوجد توازن حراري ديناميكي فيها.
- فالمادة عموما تتألف من جزيئات وذرات، والطاقة الحركية الموجودة في داخلها متنوعة تماما في سرعتها، ولا يوجد سرعة محددة وثابتة في جميع المواد.
- الحرارة الموجودة تؤثر على سرعة الجزيئات أو الذرات وتتحكم بها، وبالتالي زيادة درجة الحرارة هي العامل الوحيد الذي يؤثر في زيادة الطاقة الحركية.
- أحد أمثلة تلك الطاقة الحرارية هو التدفق السريع للمادة سواء كانت سائلة أو صلبة يمكن تحويلها إلى طاقة تشغيل أكثر من جهاز ديناميكي مثل توربينة الهواء.
- نجد أن المادة السائلة أو الغازية تكون غير مقيدة في حركتها، بينما المادة الصلبة تكون مقيدة في جزيئاتها ولا تستطيع إلا الاهتزاز.
- وبالرغم من أن هذه الجزيئات صغيرة جدا ولا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، إلا أنه يمكننا معرفتها من خلال الطاقة التي تنتج عنها.
مصادر الطاقة الحرارية
- عند تفاعل العناصر الكيميائية المختلفة مع بعضها، يتم إطلاق مواد أو أكثر وبالتالي يحدث إطلاق أو امتصاص للطاقة الحرارية وفقا لذلك.
- الطاقة الميكانيكية تنتج نتيجة لاحتكاك الأجسام، وبالتالي تنتج حرارة وتتحول إلى طاقة حرارية.
- الطاقة الكهربائية تتحول إلى طاقة حرارية نتيجة لاحتكاك وتصادم الشحنات في السلك، وذلك عند تدفق التيار الكهربائي. وهنا يحدث تحويل من الطاقة الكهربائية إلى حرارية.
- الطاقة الشمسية هي أحد مصادر إنتاج الطاقة الحرارية أيضا. والسبب في ذلك يعود إلى التفاعل النووي الموجود بداخلها الذي يطلق الحرارة بكميات هائلة، والتي تصل إلينا عن طريق الأشعة.
- الحرارة المتواجدة في باطن الأرض؛ بسبب التحلل الإشعاعي الموجود في العناصر المدفونة داخل الأرض، تبدأ في التصريف الحراري.
طريقة توصيل الطاقة الحرارية
هناك أكثر من طريقة يمكننا بها نقل الطاقة الحرارية، وأهمها.
- الحمل الحراري: هذه هي الطريقة التي يمكننا من خلالها نقل الحرارة من مادة إلى أخرى عن طريق حركة السوائل. إنها واحدة من أكثر الطرق الأساسية التي يمكننا استخدامها، حيث ينقل المائع المتحرك الطاقة الموجودة فيه. وهي تعتمد على كثافة الأجسام، حيث يكون للموائع الباردة كثافة أعلى دائما، بينما تكون الموائع الساخنة أقل كثافة. لذلك، ستلاحظ أن الجزيئات في أعلى المواد تكون أقل كثافة عند تسخينها.
- الإشعاع: تتحرك الحرارة من المكان الذي تنشأ فيه إلى المكان المحيط بها. ولذلك، فإن هذه العملية لا تعتمد على التواصل المباشر بين الأجسام المختلفة، بل تنتقل الطاقة الحرارية على شكل موجات كهرومغناطيسية. وأحد الأمثلة الشائعة في حياتنا هي الأشعة التي تنبعث من الشمس وتصل إلى الكرة الأرضية عبر تلك الموجات الكهرومغناطيسية.
- التوصيل: تعتمد هذه الطريقة على تبادل الحرارة بين جسمين مختلفين، حيث ينتقل الحرارة من الجسم الساخن ذو الطاقة الحرارية الأعلى إلى الجسم البارد ذو الطاقة الحرارية الأقل. يحدث تبادل للطاقة الحركية والحرارية عن طريق انتقال الأيونات والذرات والجزيئات، سواء كانت في حالة صلبة أو غازية أو سائلة. وأحد الأمثلة البارزة على ذلك هو انتقال الجزيئات الساخنة من الماء الساخن عندما تصطدم بجدران الوعاء المعدني وتفقد بعض حرارتها.