إن انتقال الطاقة الحرارية من جسم ساخن إلى جسم بارد يُعتبر ظاهرة طبيعية تندرج ضمن أنواع الطاقة المختلفة التي تحيط بنا، مثل الطاقة الحركية والطاقة النووية،وبالأخص، تُعد الطاقة الحرارية من بين الموضوعات التي يحظى بها اهتمام العلماء والباحثين بشكل خاص، ولهذا السبب يعتبر هذا المقال استكشافًا عميقًا للمواضيع المتعلقة بهذا النوع من الطاقة.
تعريف الطاقة الحرارية
تُعرف الطاقة الحرارية بأنها الطاقة المخزنة داخل جسم أو نظام نتيجة حركة الجسيمات فيه،وهي تعد إحدى أنواع الطاقة وأيضًا القدرة على تنفيذ العمل،يتمثل العمل في حركة جسم نتيجة لتأثير قوة معينة،في هذا السياق، يمكن اعتبار الطاقة الحرارية قدرة أي كائن على القيام بالعمل ناتجًا عن حركة جزيئاته، حيث تتميز بوجود درجة حرارة قابلة للقياس باستخدام مقياس الحرارة، سواء كان بالدرجات المئوية أو الفهرنهايتية.
ما يُعرف بانتقال الطاقة الحرارية بين الأجسام
كما تعرفنا سابقًا، فإن الحرارة تُعتبر أحد الأشكال المختلفة للطاقة في الكون والتي تنتقل بطرق متعددة،ولإيضاح هذا المفهوم، نستعرض المسألة التالية
- السؤال كيف يتم وصف انتقال الطاقة الحرارية من الجسم الساخن إلى الجسم البارد
- الجواب يُعرف هذا الأمر بالتوصيل الحراري.
التوصيل الحراري يمثل القدرة الجوهرية للمادة على نقل الحرارة، وهو أحد الأساليب الثلاثة التي تتم من خلالها عملية انتقال الحرارة،سنستعرض أدناه الطرق الأخرى التي يتم بواسطتها نقل الحرارة.
طرق انتقال الحرارة
تُعرف طرق انتقال الطاقة الحرارية بأنها وسائط نقل الطاقة من جسم دافئ إلى آخر أشد برودة،يعتمد نقل الحرارة على وجود اختلاف في درجات الحرارة بين الجسمين؛ إذ لا يمكن حدوث انتقال للحرارة في غياب هذا الاختلاف،بشكل عام، يتم نقل الحرارة عبر ثلاث طرق رئيسية، وهي
- التوصيل الحراري هو انتقال الطاقة من جزيء إلى آخر من خلال الاتصال المباشر،يحدث ذلك عندما تصطدم الجزيئات ببعضها وتؤدي إلى حركة الجزيئات المجاورة،يتمتع التوصيل بشدة أكبر في المواد الصلبة والسوائل والغازات، ويعمل بشكل أفضل في المواد التي تحتوي على جزيئات قريبة من بعضها مثل المعادن.
- الحمل الحراري يتمثل في حركة الحرارة بواسطة سائل أو غاز، حيث ينتقل السائل أو الغاز من مكان إلى آخر حاملاً الحرارة، وتعرف هذه الحركة باسم “التيار”.
- الإشعاع يتمثل في نقل الحرارة بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية،مثال على ذلك هو الشعور بحرارة الشمس، وكذلك ما تنقله المصابيح الكهربائية والأجهزة الأخرى،يختلف الإشعاع عن التوصيل والحمل الحراري، حيث لا يحتاج إلى مادة للانتقال.
القوانين المتعلقة بانتقال الحرارة
تشمل القوانين المتعلقة بنقل الطاقة الحرارية مجموعة من القوانين الأساسية في الديناميكا الحرارية، والتي يمكن تلخيصها بالنقاط التالية
- القانون الأول يُعرف بقانون حفظ الطاقة، وينص على أنه لا يمكن إنشاء أو إتلاف الطاقة في نظام معزول.
- القانون الثاني يُشير إلى أن إنتروبيا أي نظام معزول تزداد دائمًا، مما يعني أن الأنظمة المعزولة تتجه تلقائيًا نحو حالة التوازن الحراري.
- القانون الثالث ينص على أن إنتروبيا النظام تقترب من قيمة ثابتة عندما تقترب درجة الحرارة من الصفر المطلق.
مفهوم الطاقة المتجددة
تُعتبر الطاقة المتجددة الطاقة المستمدة من الموارد الطبيعية التي تتجدد باستمرار،باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، يمكننا تعزيز الاستدامة البيئية، حيث تشمل المجالات المتعددة التي يتم من خلالها استنتاج الطاقة الحرارية،من أبرز مصادر الطاقة المتجددة خمسة، سنقوم بذكرها كالتالي
- الطاقة الشمسية.
- طاقة الرياح.
- طاقة الماء.
- الكتلة الحيوية من النباتات والحيوانات.
- الطاقة الحرارية الجوفية المنبعثة من قاع الأرض.
على الرغم من أن موارد الطاقة المتجددة طاقتها غير محدودة على المدى البعيد، إلا أن توفرها في أي لحظة يكون محدودًا،فعلى سبيل المثال، تشرق الشمس يوميًا ولكن قدرة توليد الطاقة الشمسية تقل في الأيام الملبدة بالغيوم،يواجه مشغلو محطات الطاقة المتجددة أيضًا صعوبة في زيادة الإنتاج عندما يحتاج الناس إلى طاقة أكبر.
الطاقة غير المتجددة
الموارد غير المتجددة تُعتبر أدوات للطاقة التي لا تتجدد بسهولة، وتحتاج إلى فترات زمنية طويلة لتتجدد،يمكن لمحطات الطاقة استخدام هذه الموارد لتلبية الطلب على الطاقة، ومن بين أبرز مصادر الطاقة غير المتجددة المتاحة حاليًا
- الفحم.
- الطاقة النووية.
- البترول.
- الغاز الطبيعي.
الفرق الرئيسي بين الموارد المتجددة وغير المتجددة هو أن الأولى قادرة على التجدد من نفسها وتظل مستدامة، بينما تتعرض الثانية للخطر من الانقراض بدون معرفة الوقت المحدد لذلك،من الجدير بالذكر أن الموارد غير المتجددة تضر البيئة أكثر من متجددة، نظرًا لانبعاثاتها السلبية على صحة الإنسان والغلاف الجوي.
ختامًا، لقد استعرضنا في هذا المقال مفهوم انتقال الطاقة الحرارية من الجسم الساخن إلى الجسم البارد، وقدمنا معلومات مفيدة حول الطاقة الحرارية، وطرق وقوانين انتقال الحرارة، إضافة إلى التعريف بمصادر الطاقة المتجددة وغير المتجددة، بهدف الوصول إلى فكر متكامل حول هذا الموضوع.