الطاقة الحرارية الارضية ومصادرها
بحث عن الطاقة الحرارية الأرضية
تستخدم الطاقة الحرارية الأرضية في حياتنا اليومية بشكل كبير وتعتمد عليها العديد من الأعمال التي نقوم بها باستخدام الحرارة. سنتعرف على هذه الأعمال بمزيد من التفاصيل عبر الموسوعة. يمكننا الآن تخفيف آلام العظام والمفاصل والعضلات باستخدام الطاقة الحرارية. لا يمكننا أن نتخلى عن استخدام الطاقة الحرارية في الطبخ وإعداد الطعام والتدفئة وغيرها من الأعمال اليومية. يمكن استخدام البخار للتنظيف والتعقيم والعديد من الأعمال الأخرى.
ما هي الطاقة الحرارية الأرضية
- الطاقة الحرارية الأرضية هي الطاقة التي تأتي من الحرارة، ويتم توليد هذه الحرارة عن طريق حركة الجزيئات الصغيرة في الكون، وعندما تتحرك هذه الجزيئات بسرعة أكبر، يتم إنتاج المزيد من الحرارة.
- أو بمعنى آخر، تتألف المادة من جزيئات، وتتحرك هذه الجزيئات باستمرار وارتفاع درجة حرارة المادة يجعل الجسيمات تهتز بشكل أسرع بسبب الطاقة الحرارية، وبالتالي يزيد ارتفاع الطاقة الحرارية.
- على سبيل المثال، عند صب بعض الحليب في الشاي الساخن، يتم نقل بعض الطاقة الحرارية من الشاي إلى الحليب، مما يجعل الشاي أكثر برودة ويزيد من حركة جزيئات الحليب
حقائق عن الطاقة الحرارية مثيرة للاهتمام
- الطاقة الحرارية هي جزء من الطاقة الكلية لأي كائن.
- ترتبط الطاقة الحرارية بدرجة حرارة الجسم.
- الجول هو الوحدة المستخدمة لقياس الحرارة.
- بالاختلاف عن أشكال الطاقة الأخرى، يكون من الصعب تحويل الطاقة الحرارية إلى أشكال طاقة أخرى.
- عند نقل الطاقة الحرارية من أو إلى جسم، ينتج عنها الحرارة.
- يحتاج تحويل الطاقة الحرارية إلى أشكال أخرى من الطاقة إلى آلة مثل محرك.
- وعلى عكس أشكال الطاقة الأخرى، فإن كمية الطاقة الحرارية لا تعتمد على كمية العمل التي يقوم به الكائن.
- مثلما يتم فقدان الحرارة من الأرض إلى الفضاء، يتم استبدال الحرارة التي تم جلبها من قبل الشمس.
- على الرغم من أن جيمس جول لم يكن أول من استخدم مصطلح الطاقة الحرارية، إلا أن وحدة القياس تسمى باسمه لأنه كان أول من مناقشة فقدان واكتساب الحرارة.
- عند إضافة الثلج إلى مشروب ساخن، يتم نقل بعض الطاقة الحرارية من المشروب إلى الثلج مما يؤدي إلى تبريد الشراب.
- الحرارة ودرجة الحرارة ليستان نفسهما، حيث ترتبط درجة الحرارة بكيفية سخونة أو برودة الأشياء.
- يمكن نقل الطاقة الحرارية بثلاثة طرق: الحمل الحراري، التوصيل، والإشعاع.
- الموصلات مثل المعادن هي الأشياء التي تسمح للطاقة الحرارية بالتحرك بسهولة من خلالها.
- العوازل مثل البلاستيك هي العناصر التي لا تسمح للطاقة الحرارية بالتنقل بسهولة من خلالها.
الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة
- تتناسب الطاقة الحرارية بشكل متناسب طردي مع درجة الحرارة في نظام معين، ونتيجة لهذه العلاقة بين الطاقة الحرارية ودرجة الحرارة، ينطبق ما يلي: كلما زادت حركة الجزيئات داخل النظام المعين، زادت درجة الحرارة وزيادة الطاقة الحرارية
- وكما سبق الذكر، فإن الطاقة الحرارية في نظام معتمد على درجة حرارة النظام تعتمد على حركة جزيئات النظام، ونتيجة لذلك، مع زيادة عدد الجزيئات وزيادة حركتها داخل نظام معين، سيزيد مستوى الحرارة والطاقة الحرارية فيه، ولذلك، عند درجة حرارة الصفر المئوي، ستكون الطاقة الحرارية في هذا النظام المحدد أيضا تساوي الصفر.
- هذا يعني أن عينة صغيرة نسبيا وساخنة مثل كوب من الشاي المغلي يحتوي على طاقة حرارية أقل من عينة أكبر وباردة مثل بركة الماء. وإذا وضعت الكوب المغلي بجوار البركة المتجمدة، فإن الكوب سيتجمد أولا لأنه يحتوي على طاقة حرارية أقل.
بعض التعريفات المهمة
درجة الحرارة: درجة الحرارة هي متوسط الطاقة الحركية داخل جسم محدد وتقاس بثلاثة مقاييس للحرارة (فهرنهايت، مئوية، كلفن)
الطاقة الحرارية: تعرف الطاقة الحرارية بأنها مجموع كل الطاقات الحركية في نظام محدد.
الحرارة: من الأهمية البالغة أن نتذكر أن الحرارة التي تنتج بسبب تدفق الطاقة الحرارية نتيجة اختلاف درجات الحرارة (تدفق الحرارة من جسم في درجة حرارة أعلى إلى جسم في درجة حرارة أقل) يتم نقلها عن طريق التوصيل أو النقل الحراري أو الإشعاع.
بالإضافة إلى ذلك، تتدفق الطاقة الحرارية دائما من المناطق الدافئة إلى المناطق الباردة.
الطاقة الحرارية وحالات المادة
المادة موجودة في ثلاث حالات: عندما يتغير حالة قطعة معينة من المادة من الصلبة إلى السائلة أو الغازية، يتم إضافة أو إزالة الطاقة الحرارية، وتظل درجة الحرارة ثابتة. عندما تذوب المادة الصلبة، على سبيل المثال، يكون السبب في ذلك الطاقة الحرارية التي تؤدي إلى انفصال الجزيئات داخل المادة الصلبة.
الحرارة: نقل الطاقة الحرارية
يمكن إعطاء الحرارة في ثلاث عمليات مختلفة: التوصيل، الحمل الحراري، أو الإشعاع.
التوصيل
التوصيل يحدث عند نقل الطاقة الحرارية من خلال تفاعل جزيئات صلبة، وعادة ما يحدث هذا أثناء الطهي، حيث يتم تسخين الماء في وعاء معدني مما يؤدي إلى حركة الوعاء المعدني، وغالبا ما يحدث التوصيل في الغازات أو السوائل (في حين يحدث التوصيل عادة في المواد الصلبة)، حيث يتم نقل الطاقة الحرارية عن طريق الفروقات في درجات الحرارة، ويمكن أن نستخدم مثالا بوعاء الغليان للماء
الحمل الحراري
تحدث الحمل الحراري عندما ترتفع الفقاعات إلى السطح، وعند القيام بذلك يتم نقل الحرارة من الأسفل إلى الأعلى.
الاشعاع
- الإشعاع هو نقل الطاقة الحرارية عبر الفضاء وهو مسؤول عن أشعة الشمس التي تغذي الأرض.
- الطاقة الحرارية هي مفهوم ينطبق في الحياة اليومية، على سبيل المثال المحركات مثل تلك الموجودة في السيارات أو القطارات، تعمل عن طريق تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، وتقوم الثلاجات بإزالة الطاقة الحرارية من منطقة باردة إلى منطقة دافئة.
- لا تشارك أي جزيئات في الإشعاع، على عكس التوصيل والحمل الحراري، وهذا يعني أن نقل الطاقة الحرارية عن طريق الإشعاع يمكن أن يحدث حتى في الفضاء، بينما التوصيل والحمل الحراري غير ممكن.
- الإشعاع هو الطريقة التي يصلنا بها حرارة الشمس، على الرغم من بعدها الملايين من الكيلومترات في الفضاء.
- تعطي كاميرات الأشعة تحت الحمراء الصور حتى في الظلام، لأنها تعتمد على الحرارة وليس الضوء المرئي.
- على نطاق أوسع، كان الهدف الأخير للبحث العلمي هو تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية لتوليد الكهرباء. على سبيل المثال، تقوم مراكز البحث العلمي مثل وكالة ناسا بدراسة استخدامات الطاقة الحرارية وتطبيقاتها لتحقيق إنتاج طاقة أكثر كفاءة. في عام 1990، قامت وكالة ناسا بدراسة شاملة واستكشفت إمكانيات نظام الطاقة الذي يحول الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية، ويستخدمها بعد ذلك لتوليد الكهرباء والحرارة. وعلى الرغم من ذلك، توصل الباحثون إلى أن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية يكون أسهل وأكثر قابلية للتطبيق عندما لا تكون الأنظمة في حالة توازن حراري ديناميكي، وبدلا من ذلك، اقترح العلماء استخدام جسم متحرك أو سوائل جارية يمكنها تحويل الطاقة إلى طاقة حرارية.
المراجع :