تعريف وأمثلة للطاقة الحرارية

يستخدم معظم الناس كلمة حرارة لوصف شيء يشعر بالدفء ، ولكن في العلم ، تُعرف المعادلات الديناميكية الحرارية ، على وجه الخصوص ، الحرارة بأنها تدفق الطاقة بين نظامين عن طريق الطاقة الحركية. يمكن أن يأخذ هذا شكل نقل الطاقة من جسم دافئ إلى جسم أكثر برودة. ببساطة أكثر ، الطاقة الحرارية ، وتسمى أيضًا الطاقة الحرارية أو ببساطة الحرارة ، يتم نقلها من موقع إلى آخر عن طريق ارتداد الجزيئات إلى بعضها البعض. تحتوي جميع المواد على طاقة حرارية ، وكلما زادت الطاقة الحرارية الموجودة ، كلما كان عنصر أو منطقة أكثر سخونة.

التمييز بين الحرارة و درجة الحرارة خفية ولكنها مهمة للغاية. تشير الحرارة إلى نقل الطاقة بين الأنظمة (أو الأجسام) ، في حين يتم تحديد درجة الحرارة بواسطة الطاقة الموجودة داخل نظام فردي (أو الجسم). بمعنى آخر ، الحرارة هي طاقة ، في حين أن درجة الحرارة هي مقياس للطاقة. ستؤدي إضافة الحرارة إلى زيادة درجة حرارة الجسم بينما تؤدي إزالة الحرارة إلى خفض درجة الحرارة ، وبالتالي فإن التغيرات في درجة الحرارة هي نتيجة لوجود الحرارة ، أو على العكس من ذلك ، نقص الحرارة.

يمكنك قياس درجة حرارة الغرفة بوضع مقياس حرارة في الغرفة وقياس درجة حرارة الهواء المحيط. يمكنك إضافة حرارة إلى الغرفة عن طريق تشغيل سخان الفضاء. مع إضافة الحرارة إلى الغرفة ، ترتفع درجة الحرارة.

تمتلك الجسيمات طاقة أكبر في درجات حرارة أعلى ، وبينما تنتقل هذه الطاقة من نظام إلى آخر ، ستصطدم الجسيمات سريعة الحركة بجسيمات تتحرك ببطء. أثناء تصادمها ، سينقل الجسيم الأسرع جزءًا من طاقته إلى الجسيم الأبطأ ، وستستمر العملية حتى تعمل جميع الجسيمات بنفس المعدل. وهذا ما يسمى التوازن الحراري.

ال وحدة si للحرارة هو شكل من أشكال الطاقة يسمى الجول (J). وكثيرا ما تقاس الحرارة بالسعرات الحرارية (كال) ، التي تعرف بأنها "كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء من 14.5 درجة مئوية إلى 15.5 درجة. درجة مئويةكما تُقاس الحرارة أحيانًا "بوحدات حرارية بريطانية" أو Btu.

في المعادلات الفيزيائية ، عادة ما يشار إلى كمية الحرارة المنقولة بالرمز Q. يمكن الإشارة إلى نقل الحرارة إما برقم موجب أو سالب. تتم كتابة الحرارة المنبعثة في المناطق المحيطة بكمية سالبة (Q <0). عندما يتم امتصاص الحرارة من المناطق المحيطة ، يتم كتابتها كقيمة موجبة (Q> 0).

هناك ثلاث طرق أساسية لنقل الحرارة: الحمل الحراري والتوصيل والإشعاع. يتم تسخين العديد من المنازل من خلال عملية الحمل الحراري ، والتي تنقل الطاقة الحرارية من خلال الغازات أو السوائل. في المنزل ، أثناء تسخين الهواء ، تكتسب الجزيئات طاقة حرارية تسمح لها بالتحرك بشكل أسرع ، وتسخين الجزيئات الباردة. نظرًا لأن الهواء الساخن أقل كثافة من الهواء البارد ، فسوف يرتفع. عندما يسقط الهواء البارد ، يمكن سحبه إلى أنظمة التدفئة الخاصة بنا والتي ستسمح مرة أخرى للجسيمات الأسرع بتسخين الهواء. يعتبر هذا تدفقًا دائريًا للهواء ويسمى تيار الحمل الحراري. هذه التيارات تدور حول منازلنا وتسخنها.

عملية التوصيل هي نقل الطاقة الحرارية من مادة صلبة إلى أخرى ، بشكل أساسي ، شيئين يتلامسان. يمكننا أن نرى مثالاً على ذلك يمكن رؤيته عندما نقوم بالطهي على الموقد. عندما نضع المقلاة الباردة على الموقد الساخن ، يتم نقل الطاقة الحرارية من الموقد إلى المقلاة ، والتي تسخن بدورها.

الإشعاع هو عملية تنتقل فيها الحرارة عبر أماكن لا توجد فيها جزيئات ، وهي في الواقع شكل من أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية. أي عنصر يمكن الشعور بحرارته دون اتصال مباشر هو الطاقة المشعة. يمكنك رؤية هذا في حرارة الشمس ، والشعور بالحرارة يخرج من نار مشتعلة على بعد عدة أقدام ، وحتى في حقيقة أن الغرف المليئة بالناس ستكون أكثر دفئًا بشكل طبيعي من الغرف الفارغة لأن جسم كل شخص يشع الحرارة.