اذا تلامس جسمان مختلفان في درجتي حرارتهما
تنتقل الحرارة مباشرة من الجسم الأعلى في درجة الحرارة إلى الجسم الأقل في درجة الحرارة، وتعد عملية انتقال الطاقة خلال الأوساط المختلفة من العمليات الفيزيائية البسيطة، ويمكن للطاقة الحرارية الانتقال بين الأجسام عن طريق العديد من الأوساط المختلفة، سواء الوسط الصلب أو السائل أو حتى الغازي، كما أن الطاقة الحرارية يمكنها الانتقال أيضاً في الفضاء باستخدام نوع محدد من الإشعاع القريب من تردد الأشعة تحت الحمراء، وهي أشعة الميكرويف.
مفهوم الطاقة الحرارية
يتم تعريف الطاقة الحرارية على أنها صورة من صور الطاقة الحركية، والتي تمكن الجسم من القيام بعمل محدد بسبب ما الطاقة الحركية التي تكسبها لجزيئاته، وتحدث تلك الطاقة نتيجة تحرك جزيئات المادة بصورة سريعة للغاية، الأمر الذي يتسبب في حدوث التصادم بين الجزيئات، مما يعمل على ارتفاع درجة الحرارة، فكلما زادت الحركة بين الجسيمات بشكل أسرع، كما زادت درجة الحرارة التي يتم قياسها، ويمكن قياس درجة الحرارة الناتجة بالدرجة المئوية، أو الفهرنهايت، ويمكن الاستفادة من الطاقة الحرارية في العديد من المجالات حالياً، بسبب سهولة تحويلها من صورة إلى صورة أخرى بسهولة.
قانون الطاقة الحرارية
يتم اعتبار الطاقة الحرارية على أنها جزء من الطاقة الداخلية لنظام ديناميكي حراري متوازن داخل الأجسام، بحيث تتناسب تلك الطاقة مع درجة حرارة الجسم المطلقة، ويتأثر الجسم بالزيادة أو النقصان عند القيام بنقل الطاقة على هيئة حرارة أو شغل من خلال عمليات الديناميكا الحرارية، ويمكن حساب مقدار انتقال الحرارة من الناحية الرياضية عن طريق استخدام المعادلة التالية. Q = m * cp (Tf-Ti)
على أن الرمز q، تمثل انتقال الحرارة، أما الرمز m فيمثل الكتلة، وبخصوص الرمز cp فهو يمثل السعة الحرارية، والرمز tf، فهو يمثل درجة الحرارة النهائية، والرمز ti فيمثل درجة الحرارة الابتدائية، على أن يتم قياس الطاقة الحرارية باستخدام نظام الوحدات الدولي لدرجة الحرارة، وهي الجول، ويتم قياس الحرارة أحياناً باستخدام وحدة الحرارة البريطانية btu.
تخزين الطاقة الحرارية
تخزين الطاقة الحرارية هي تقنية تسعى إلى الوصول إلى تخزين ونقل الطاقة الحرارية أو الطاقة من الماء أو الهواء البارد أو حتى الجليد، وتسعى للوصول إلى دمج تلك التقنية مع العديد من التقنيات الجديدة المتعلقة بإنتاج الطاقة مثل الطاقة المائية أو الشمسية، فيتم إنتاج الطاقة الحرارية، ويتم استخدامها لاحقاً عند الحاجة إلى ذلك، أو في فترات الذروة، ويتم ذلك عن طريق إدخال الماء الساخن أو الذي تم تبريده إلى الخزان، ويتم في الداخل فصل الماء إلى طبقات ماء بارد في الأسفل وماء ساخن بالأعلى، ويتم سحب الطاقة الحرارية للمنشأة التي تحتاجها عند الحاجة لذلك، بحيث تشابه الفكرة العامة للمشروع مبدأ تجميد الماء للحصول على الثلج داخل المبرد، ثم يتم استخدامه.
طرق انتقال الطاقة الحرارية
ذكرنا فيم سبق بعض المعلومات الخاصة بالطاقة الحرارية، وذكرنا أنها تنتقل باستخدام العديد من الأشكال بين الأجسام، فما طرق انتقال الطاقة الحرارية؟
- طريقة الإشعاع: تعتمد تلك الطريقة على الموجات الكهرومغناطيسية، فلا تحتاج إلى أي مادة مساعدة تساعدها على الانتقال من مكان لآخر ونقل الحرارة معها، ويتم ذلك بشك واضح في المصباح الكهربائي والمكوى.
- طريقة الحمل الحراري: تعتمد تلك الطريقة في نقل الحرارة على الوسط الغازي أو السائل، فيتم انتقال الغاز أو السائل، ويعمل على نقل الحرارة معه عن طريق الوسط المحيط به، وكذلك عندما تقوم بتبريد كوب الشاي الساخن، عندما تتركه يبرد في الهواء.
- طريقة التوصيل الحراري: تعتمد تلك الطريقة في نقل الطاقة الحرارية من جسم لآخر عن طريق الاتصال المباشر، وتحدث تلك الطريقة بين المواد الصلبة والغازات وحتى السوائل، فلا يتم نقل الحرارة من وسط إلى وسط مختلف، وإنما من وسط لوسط مشابه له في الحالة الفيزيائية سواء كان سائل أو صلب أو غازي.
