بحث في درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء. الطاقة تحرك السيارات على طول الطرق وتجعل الطائرات تطير. كما أنه يدفئ غرفنا ويضيء منازلنا. الطاقة مطلوبة لكي تنمو أجسامنا وتعمل. اليوم سنتعرف على نوع مهم من الطاقة، وهو الطاقة. حراري.
مقدمة في درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء
توجد الطاقة الحرارية في كل مكان حولنا، وهي الطاقة التي تمتلكها مادة ما بسبب الحركة العشوائية وغير المنتظمة لذراتها أو جزيئاتها، والإشعاع الحراري هو تحويل الطاقة من الطاقة الحرارية إلى طاقة مشعة من خلال انبعاث الأشعة.
أنظر أيضا: البحث الكيميائي والتوازن الديناميكي في الفيزياء
ما هي الطاقة الحرارية؟
الطاقة الحرارية هي في الواقع نوع من الطاقة الحركية التي تمتلكها أجسام مختلفة، وحرارة الجسم هي في الواقع جزيئات تتحرك بشكل أسرع.
عندما تقوم بتسخين جهاز طهي البيض في الصباح، فإنك تقوم بتسريع الجزيئات الموجودة في المقلاة لجعلها ساخنة بدرجة كافية لطهي البيض، ويمكن قول الشيء نفسه بالنسبة لأي شيء آخر ساخن أيضًا، لأن المزيد من السخانات تعمل. تسخين الهواء مما يسرع من حركة جزيئاته.
تعريف درجة الحرارة
درجة الحرارة ليست سوى تفاعل الجسم وحركته مما ينتج عنه زيادة أو نقصان في درجة حرارة الجسم، وتقاس درجات الحرارة بوحدة درجة مئوية وفهرنهايت وكلفن، وهناك العديد من الدول العربية والأجنبية التي تستخدم هذه الأنواع من قياسات درجة الحرارة.
مكتشف الطاقة الحرارية
تقاس الطاقة الحرارية بوحدات تسمى الجول بعد مكتشفها جيمس بريسكوت جول، الرجل الذي اكتشف أن الحرارة هي في الواقع شكل من أشكال الطاقة، كان فيزيائيًا، ودرس العلاقة بين درجة الحرارة والطاقة ومن خلال تجربته، أدرك ذلك كان بسيطا. يؤدي تحريك الماء ميكانيكيًا إلى زيادة درجة حرارته.
الفرق بين الحرارة والطاقة الحرارية
في حين أن الطاقة الحرارية هي سرعة حركة الجسيمات في جسم ما، فإن الحرارة هي في الواقع نقل هذه الطاقة من جسم إلى آخر. عندما تشعل الموقد الخاص بك في زيت المقلاة، تنتقل الطاقة الحرارية من عنصر الموقد إلى المقلاة ومن المقلاة إلى الزيت بالداخل، ويتم نقل بعض الحرارة إلى الهواء المحيط أيضًا. على الموقد، وبالتالي فإن المطابخ يبدو ساخنًا جدًا عند الطهي.
كيف تعمل الطاقة الحرارية؟
- إذا فهمت مفهوم الطاقة الحرارية والحرارة، فسيكون من الأسهل فهم كيفية عمل أنظمة التدفئة المتقدمة، وأيضًا، كيف يعرف المهندسون أي المواد هي الأفضل للاستخدام في الأفران والقنوات ومكونات التدفئة الأساسية الأخرى.
- حيث تتكون المادة من جزيئات أو ذرات، وهذه الجزيئات تتحرك باستمرار (أو تهتز)، لأن ارتفاع درجة حرارة المادة تجعل الجزيئات تهتز بشكل أسرع والطاقة الحرارية هي ما نسميه الطاقة التي تأتي من درجة حرارة المادة، و مع ارتفاع حرارة المادة، تهتز جزيئاتها، وبالتالي تزداد طاقتها الحرارية.
- على سبيل المثال، كوب الشاي الساخن لديه طاقة حرارية على شكل طاقة حركية من جزيئاته المهتزة، وعندما تصب الحليب في الشاي الساخن، يتم نقل بعض هذه الطاقة من الشاي الساخن إلى جزيئات الحليب الباردة.
- لكن ماذا سيحدث بعد ذلك؟ يصبح كوب الشاي أكثر برودة لأنه يفقد الطاقة الحرارية في الحليب، ويتم قياس كمية الطاقة الحرارية في الجسم بواسطة الهاتف المحمول.
انظر أيضًا: بحث كامل حول الاحتكاك والحركة في الفيزياء
كيفية تخزين الطاقة الحرارية
- يمكن تخزين الطاقة الحرارية واستعادتها بشكل فعال من خلال مبادئ الحرارة الكامنة، وهناك طريقة أخرى لتخزين وإطلاق الطاقة الحرارية من خلال مبادئ التفاعلات الكيميائية.
- تساعد التفاعلات الكيميائية العكسية التي تحدث بين المواد المتفاعلة العاملة أو المكونات التفاعلية على تخزين وإطلاق الطاقة الحرارية اللازمة.
- من خلال توفير الطاقة الحرارية للأزواج الكيميائية النهائية، يمكن كسر الروابط بين الجزيئات، ويمكن تقسيمها إلى مكونات تفاعلية فردية، والتي تسمح في النهاية للمواد بتخزين الطاقة الحرارية.
- من ناحية أخرى، من خلال إعادة دمج المكونات التفاعلية الفردية نفسها، يمكن استعادة الطاقة الحرارية المخزنة بشكل فعال واستخدامها لتلبية الطلب على حمل التدفئة / التبريد.
- تم تطوير معظم أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكيميائية لتطبيقات التدفئة في المباني بدلاً من تطبيقات التبريد، وقد يكون السبب هو أنه بالنسبة لتطبيقات التدفئة، يمكن الحصول على طاقة حرارية عالية الجودة من الإشعاع الشمسي، وهو مصدر متجدد للطاقة ومتوفر للطاقة بسهولة . مجمعات الطاقة الشمسية للاستخدام الإضافي.
- وبالمثل، فإن الجمع بين نظام تخزين الطاقة الحرارية الكيميائية ونظام TES الموسمي طويل الأجل يمكن أن يكون أيضًا وسيلة مفيدة لتقليل انبعاثات الكربون وغازات الاحتباس الحراري والمساهمة في الاستدامة البيئية.
استخدام الطاقة الحرارية
- تشمل الاستخدامات الإنتاجية للطاقة الحرارية، على سبيل المثال لا الحصر: الطهي، والتجفيف، والتدفئة، والطهي، وتسخين المياه، والتبريد، والتصنيع. وهناك تقنيات جديدة وفعالة يمكن أن تقلل بشكل كبير من كمية الكتلة الحيوية اللازمة للوقود، وهناك هي أيضًا تقنيات طاقة حرارية تستخدم الطاقة الشمسية، وهي أكثر نظافة واستدامة.
- تستخدم صناعات الصلب والحديد الطاقة الحرارية لصنع الفولاذ من خام الحديد عن طريق صهر فحم الكوك أو الحجر الجيري.
- تتطلب مصانع الورق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية لتجفيف منتجاتها، لأنها تستخدم الحرارة على شكل هواء ساخن وبخار، والتي يتم إنتاجها من الكهرباء، والعديد من مصانع الورق تحتوي على استرداد الحرارة.
- تستخدم مصانع الورق المقوى الطاقة الحرارية لتجفيف منتجاتها وألواح الضغط، والعديد من مصانع الورق لديها توليد مشترك لاستعادة الحرارة، وتلتقط مصائد البخار الطاقة الحرارية وتعيد تدويرها لتحقيق الكفاءة.
- تستخدم الصناعات الغاز الطبيعي والكهرباء والنفط والفحم لإنتاج الطاقة الحرارية المستخدمة في العمليات الصناعية.
الطاقة الشمسية الحرارية
- الطاقة الحرارية الشمسية هي واحدة من أنظف أشكال الطاقة المستدامة والمتجددة على وجه الأرض. يتم جمع الطاقة الحرارية من خلال طريقتين، التسخين الشمسي السلبي والتدفئة الشمسية النشطة. يتم جمع الطاقة وتخزينها في التدفئة الشمسية السلبية أو يتم جمعها وتوزيعها ميكانيكيًا.
- تُستخدم الطاقة الحرارية الشمسية لزيادة الطاقة الداخلية لعنصر من خلال الإشعاع الشمسي، والذي يتم بعد ذلك نقله بواسطة سائل إلى الموقع المطلوب، كما تُستخدم مجمعات الطاقة الشمسية لتجميع وتخزين الطاقة الحرارية الشمسية، والتي تُستخدم لتسخين المياه للاستخدام المنزلي .
- تجمع الألواح الكهروضوئية أيضًا الطاقة الشمسية، وتُستخدم لتجميع الطاقة الحرارية الشمسية وتحويلها إلى تيار مباشر يمكن استخدامه كطاقة كهربائية.
- يمكن أيضًا جمع الطاقة الحرارية الشمسية في محطات الطاقة الحرارية واستخدامها لتسخين المياه وإنتاج البخار الذي يتم توجيهه بعد ذلك إلى مصدر لتشغيل التوربينات التي تنتج الكهرباء.
- كما تستخدم الطاقة الحرارية الشمسية لتدفئة حمامات السباحة الخارجية والداخلية، خاصة خلال فصل الشتاء.
استفد من الطاقة الحرارية الأرضية
- تنتج هذه الطاقة الحرارية ماءً ساخنًا أو بخارًا يمكن استخدامه في العديد من الاستخدامات الصناعية والتجارية، وتستخدم الطاقة الحرارية الأرضية لتشغيل التوربينات التي تولد الكهرباء وتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية.
- تهدف المياه التي يتم تسخينها مباشرة بواسطة الطاقة الحرارية البركانية إلى تدفئة المباني وأحواض السباحة الحرارية ويمكن استخدامها مباشرة لتدفئة المنتجعات الصحية ومرافق المعالجة الأخرى ويمكن أيضًا استخدامها في أحواض السمك.
- يمكن توجيه الطاقة الحرارية التي تنتجها الطاقة الحرارية الأرضية إلى الطهي المحلي، ويمكن أيضًا استخدامها تجاريًا لتجفيف الفواكه والخضروات والأخشاب.
- تستخدم الطاقة الحرارية من ذوبان الجليد الحراري على نطاق واسع في الطرق والمرافق الأخرى.
- تعمل المضخات الحرارية الأرضية أيضًا على الطاقة الحرارية لتدفئة المنازل والآلات، كما تستخدم الحرارة الجوفية لبسترة الحليب.
انظر أيضًا: وصف البحث في الفيزياء الثانوية للحركة الدورانية
اختتام بحث عن درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء
في نهاية رحلتنا بالبحث عن درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء نشير إلى أن الطاقة الحرارية من أهم أنواع الطاقة الرخيصة التي يجب استخدامها بشكل جيد في مختلف مجالات الحياة، وطاقة الشمس هي من أهم مصادر الطاقة الحرارية.