بحث عن الحراره ومصادرها والفرق بين الحرارة والطاقة الحرارية

الحراره

• نقدم إليكم بحث عن الحراره ومن خلاله سوف نقوم بتعريف بمفهوم الحرارة والعديد من المفاهيم الأخرى التي تتعلق بها مثل درجة الحرارة والطاقة الحرارية، حيث غالباً ما يحدث خلط واعتقاد أن جميعهم يحمل نفس المعنى على عكس الحقيقة، كما سوف نعرض طرق قياسها وأهم استخداماتها.

مقدمة بحث عن الحرارة

• يعبّر مصطلح درجة الحرارة عن مقياس حرارة الجسم أو برودته وهو ما يتم التعبير عنه بمقاييس متعددة، إلى جانب المقدرة على تحديد اتجاه حركة انبعاث الطّاقة الحراريّة من الأجسام وفي مثال على ذلك تنتقل الحرارة من الأجسام ذات درجة الحرارة الأكثر ارتفاعاً إلى الأجسام ذات درجة الحرارة الأقل والأكثر برودة.
• ولا تتساوى درجة الحرارة مع الطاقة الحراريّة الديناميكيّة للنظام؛ مثل حالة عود الثقاب المشتعل فإنه درجة حرارته أكبر من جبل الثلج على الرغم من أنّ الطاقة الكليّة الحراريّة التي يتضمنها جبل الثلج أكبر كثيراً من التي يحتوي عود الثقاب عليها.
• ومن خصائص الحرارة خاصيّة الضغط، الشموليّة والكثافة، حيث يميزها أنّها مستقلة عن كميّة المادّة المعبرة عن الخصائص المادّة المميزة لها مثل الحجم والكتلة.

عناصر بحث عن الحرارة

سوف نتطرق في ذلك البحث الذي يدور موضوعه حول الحرارة إلى العناصر التالية:

• تعريف الطاقة.
• تعريف الطاقة الحرارية.
• تعريف درجة الحرارة.
• تعريف كمية الحرارة.
• الفرق بين درجة الحرارة وكمية الحرارة.
• طرق انتقال الحرارة.
• أهمية حرارة في حياتنا.
• خاتمة بحث عن الحرارة.

تعريف الحرارة

• الحرارة (Heat) هي واحدة من أشكال الطاقة يصاحبها حركة الجزيئات، أو الذرات، أو غيرها من الأجسام التي تدخل بتركيب المادة، ومن الممكن أن يتم الحصول على الحرارة من خلال أنواع التفاعلات الكيميائية المختلفة مثل الاحتراق، أو التفاعلات النووية مثلما يحدث بالشمس من انصهار النووي، أو التبدد الكهرومغناطيسي كما يتم بالمواقد الكهربائية أو الميكانيكية (الحركية) ومن أمثلتها الاحتكاك.
• ويعتمد الإنسان على الحرارة المنبعثة من النار، أو الشمس أو أو غيرها من أنواع المصادر الأخرى في مختلف أمور حياته اليومية، ومنها التدفئة، الطبخ، تشغيل الآلات، الصناعات، والتدفئة.
• كما تعد الحرارة أحد عناصر المناخ والطقس ذات التأثير الكبير على النباتات، والحيوانات، بالإضافة إلى ما يوجد بالطبيعة من عناصر غير الحيّة.

تعريف الطاقة الحرارية

• الطاقة الحرارية هي أحد أنواع الطاقة الموجودة في النظام المتوازن بشكل داخلي، إذ يعد من غير الممكن  تحويل هذه الطاقة لأياً من أنواع الطاقة الأخرى، إلا حين وجود اختلاف بمستوى الطاقة الحرارية فيما بين ذلك النظام والبيئة المحيطة به.
• لا يخلو أي تحول يحدث بين مختلف أشكال الطاقة من توليد طاقة حرارية، حيث لا يوجد أي عملية تحول للطاقة بكفاءة كاملة مما يترتب عليه إنتاج الطاقة الحرارية بالنظام، ويرجع السبب الأساسي في ذلك إلى انتقال الطاقة الحرارية إلى حركة الجزيئات داخل المادة دون أخذ طورها الفيزيائي بعين الاعتبار.
• كذلك فإن الطاقة الحرارية تعبّر عما يوجد داخل الأجسام من طاقة، والتي تتواجد في صورة حرارة كامنةٍ، وهي كمية الحرارة التي تلزم لتحويل المادة من حالةٍ لحالة أخرى محسوسة تؤثر بتغيير درجة حرارة المادة، إذ أن الطاقة الحرارية تنتقل بين الأجسام على شكل حرارةٍ نتيجةً الفرق بين درجة الحرارة هذه الأجسام عن طريق ثلاث طرق وهي الإشعاع، الحث، والتوصيل.

تعريف درجة الحرارة

هي المقياس الذي يتمّ عن طريقه تحديد حرارة الأجسام بالحياة اليومية ولا يمكن الاعتماد بها على مصطلحاتٍ مثل بارد وساخنٍ حيث إنها تختلف من شخصٍ إلى شخص آخر، لذا يتمّ الاعتماد على درجات الحرارة والتي تأتي بنتائج دقيقة لتلك الدرجات سواءً في مجال الطقس، العلوم أو الطبخ أو غيرها.

كما أن مصطلح درجة الحرارة يعبر عن مستوى حركة الجزيئات بنظام أو جسم ما، بمعنى أنها تعمل كمقياس لمقدار طاقة الجسم الحركية، حيث ترتفع درجة الحرارة بارتفاع الطاقة الحركية الخاصة بجزيئات الجسم مما يترتب عليه أن يصبح ذلك الجسم ساخن، وهو ما ينطبق أيضاً على الأجسام الباردة، وفيما يتعلق بوحدة درجة الحرارة فهناك ثلاث طرق يمكن قياسها بها وهي:

• الدرجة المئوية: يتم استخدامها بالبلاد التي تعتمد على النظام المتري.
• الفهرنهايت: يستخدم بالولايات المتحدة الأمريكية.
• الكلفن: يستخدم على نطاق واسع في العلوم.

تعريف كمية الحرارة

يعتقد الكثيرون أن كلاً من الحرارة ودرجة الحرارة هما مصطلحين مختلفين يحملان المعنى ذاته، بينما من هم على دراية بعلم الفيزياء وذلك المجال فإنّهم يدركون بشكل تام ما يوجد بينهما من فروق عدة؛ ومنها وحدة القياس، إلى جانب أن كمية الحرارة تستخدم للإشارة إلى الطاقة الداخلية.

ومن المعروف علمياً أن جزيئات وذرات المادّة تكون في حالة حركة بشكل مستمر، كما أن هذه الحركة في الغازات تكون عشوائية، وانتقاليّة بالسوائل، و اهتزازيّة بالمواد الصلبة، وبالتالي فإنّ جزيئات المادّة تكتسب طاقةً حركيّةً تنشأ عن حركة الجزيئات، بالإضافة إلى طاقة وضع مُخزّنة بالروابط الجزيئيّة، ويُطلق على هاتين الطاقتين الطاقة الداخليّة للجسم، وبالتالي فإن الفرق بين كمية الحرارة ودرجتها يمكن التعرف عليه فيما يلي:

• كميّة الحرارة: هي مقياس الطاقة الكليّة الداخليّة للجسم، بمعنى أنها تقوم بقياس الطاقة الحركيّة الناشئة عن حركة الجزيئات، فضلاً عن طاقة الوضع المخزنة بالروابط الموجودة بين الجزيئات.
• درجة الحرارة: هي مقياس الطاقة الحركيّة التي تنتج فقط عن حركة الجزيئات.

الفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة

يكمن الاختلاف بين الحرارة ودرجة الحرارة في الأمور الآتية:

• تخضع كلاً من الحرارة ودرجة الحرارة إلى قوانين الديناميكا الحرارية.
• يتم قياس الحرارة بكل ما يمتلكه الجسم من طاقة كلية مشتملة في ذلك على طاقة الوضع ، الطاقة الحركية وغيرها، بينما درجة الحرارة فإنها تقيس ما يمتلكه الجسم فقط من طاقة حركية حين تحرك جزيئاته.
• في علم الفيزياء تستخدم وحدة القياس الجول لقياس الحرارة، والتي تعبر عن الكمية التي تمتلكها الحرارة من الطاقة حين نقلها، ويذكر إلى أن كل واط يساوي جول/ الثانية، بينما درجة الحرارة فهي تقاس بالفهرنهايت، الكلفن والسليسيوس.

الفرق بين درجة الحرارة والطاقة الحرارية

• نتيجة التطوّر التكنولوجي الهائل والاعتماد على الحرارة الكبير بات الإنسان في حاجةٍ ماسة  لنظامٍ يتمكن عن طريقه من تحديد الحرارة والتعامل معها بدقة بالغة، ولم يعد من الممكن أو المقبول وصف الحرارة بالبارد، المعتدل، والسّاخن في ظلّ التطوّر العظيم بمجالات العلوم.
• لذا ابتكر العلماء عدة المقاييس على أساساتٍ مختلفةٍ تمكنهم من تحديد حرارة الأجسام والطقس أيضاً، وهي ما أطلق عليه درجة الحرارة، بينما الطاقة الحراريّة فهو مصطلح يشير إلى الحرارة نفسها، إذ أنه حين يتم توليدِ الحرارة تتولد طاقةً حرارية، يمكن قياسُها باستخدام مقاييس الطّاقة مثل الجول.

طرق انتقال الحرارة

تعتمد الحرارة على أكثر من طريقة فيما يتعلق بانتقالها من جسم إلى جسم آخر، ومن تلك الطرق التوصيل الحراري، التوصيل بالإشعاع والحمل الحراري، وكما سبق وذكرنا أن  الحرارة تنتقل من درجة الحرارة الأعلى إلى الدرجة الأقل، ويطلق مصطلح السعة الحرارية على كمية المطلوب من الحرارة لرفع درجة حرارة أي جسيم مثلاً بنسبة درجة واحدة مئوية، وتعد السعة الحرارية قيمةً معروفةً بالنسبة لجميع المواد.

وفيما يخص الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة الكتلة لجميع المواد بنسبة درجة مئوية واحدة فإنها تعرف باسم الحرارة النوعية، والتي بدورها تعتمد على تركيب المادة الكيميائي والحالة التي تتواجد عليها، وهناك ثلاث طرق لانتقال المادة اثنتين منها تعتمد على الطور الفيزيائي والثانية لا تتطلب سوى وسط مادي للانتقال، تلك الطرق الثلاثة هي:

• طريقة الإشعاع: ومن الأمثلة الشهيرة عليها ضوء الشمس، إذ تنتقل الطاقة الحرارية بالإشعاع على هيئة موجات كهرومغناطيسية لا تتطلب مطلقاً وسط ناقل.
• طريقة التوصيل: تنتقل بهذه الطريقة الحرارة بين جزيئات المواد الصلبة، من خلال تسخين الجزئيات الملامسة لبعضها حتى تصل إلى جميع الأنحاء الصلبة في الجسم.
• طريقة الحمل: تتعلق طريقة الحمل فقط بالسوائل والغازات حيث تفسر بعض الظواهر الطبيعية التي تحدث بالغلاف الجوي، إذ أنه حينما يتم تسخين جزيئات السائل، أو الغاز، تبدأ المادة في الارتفاع للأعلى تاركة حيز مليء بجزيئات الغاز الباردة حتى يتم تسخين هذه الجزيئات ثم رفعها للأعلى بما تنشأ معه دورة منتظمة تقوم على تسخين السائل والغاز بشكل كلي.

أهمية الحرارة في حياتنا

تمثل أهمية الحرارة في الاستخدامات التي يتم الاعتماد عليها بها، ولعل من أبرز تلك الاستخدامات ما يلي:

• الاستخدام المنزلي: تستعمل الحرارة في مجالات شتى بالمنازل حيث تستخدم في (تسخين الماء، طبخ الطعام، تجفيف الملابس بعد غسلها، وتدفئة المنازل)، كما يمكن من خلال الاعتماد عليها إضاءة المصابيح الكهربائية.
• مجالات الصناعة: وفيما يتعلق بمجالات استخدام الحرارة في الصناعة فلا يمكن عدها أو حصرها، حيث تستخدم  في فصل الفلزات عن خاماتها وصهرها، تشكيلها وقطعها وتغليفها وتقويتها وضمّها بعضها إلى بعض، كما يعتمد الاعتماد على الحرارة في تكرير البترول الخام، صناعة أو تحضير الأغذية، المنسوجات، الزجاج، الورق، وغيرها الكثير من المنتجات.
• تستخدم في تشغيل المعدات الآلية؛ حيث إن ما يتولد عن الوقود المحترق بمحركات كلاٍ من الطائرات والسيارات والصواريخ والسفن من حرارة يوفر ما يلزم من قدرة على تحريك تلك الآليات.
• تجعل الحرارة التوربينات الضخمة تدور ومن ثم توليد الكهرباء التي تزود الحياة بالإضاءة وما يلزم من مقدرة على تشغيل جميع أنواع الأجهزة.