طرق انتقال الحرارة

تُعرف الحرارة بأنها شكلٌ من أشكال الطاقة الذي يشرح كيفية حركة العناصر داخل الأجسام، حيث يمكن للحرارة أن تنتقل من جسم إلى آخر، وتنتقل بشكلٍ تلقائي دائماً من الجسم الذي يحمل درجة حرارة مرتفعة إلى الجسم الذي يحمل درجة حرارة منخفضة حتى يتم تحقيق التوازن والتعادل في درجات الحرارة ،

إذا كانت الأجسام تحتوي على درجات حرارة متساوية، سواء كانت مرتفعة أو منخفضة، أو كانت الأجسام ذات درجات حرارة مختلفة، فإن الحرارة يمكن أن تنتقل بينها، ولكن يتطلب ذلك جهدا واستخدام مضخة حرارية. وعلى الرغم من أن بعض الأشخاص يعتبرون أن كلمات “الحرارة” و “درجة حرارة” مترادفة، إلا أن كل منهما له معنى مختلف، فالحرارة تعني الطاقة الحرارية، بينما درجة الحرارة هي مقياس لمعرفة كمية الحرارة وقيمتها.

كيف تنتقل الحرارة

هناك طريقتان لانتقال الحرارة وهما: التوصيل الحراري والإشعاع الحراري وهي كالآتي:

التوصيل الحراري

تعتبر نظرية التوصيل نظرية جزيئية، وسنقوم بالتجربة لفهم ذلك. يتم وضع كأس من الماء ذو درجة حرارة عالية في وعاء مع ماء آخر ذو درجة حرارة منخفضة، حيث ينتقل الحرارة من المياه الأكثر سخونة إلى الأقل سخونة حتى تصل درجة حرارة المياه إلى نفس المستوى. هذا المثال يوضح نقل الحرارة من الماء الساخن إلى الماء البارد داخل الوعاء، ولكن التوصيل يحدث من خلال مواضع أخرى، دون حدوث تدفق للعنصر، ولا يحدث أي تحول مادي لنقل الحرارة من الماء الساخن إلى البارد.

يمكن للحرارة أن تنتقل من الماء الساخن إلى الماء البارد فقط إذا تم فقدان الطاقة بالكامل وعدم حدوث نقل، وعند اكتساب الطاقة، لا يوجد أي مصدر آخر يدخل الماء البارد، ويحدث ذلك بسبب آلية التوصيل الحراري، ويجب علينا التفكير في المادة على أنها مكونة من جسيمات صغيرة جدا وجزيئات وشوادر، وتتحرك الجزيئات باستمرار وتتصادم في الوعاء ومع جدرانه، وتعتبر هذه الطاقة الحركية الانتقالية هي الشكل الأساسي لحركة الغازات والسوائل، ويمكن للجزيئات أن تهتز حول مكان ثابت، وهذا يعطيها طاقة اهتزازية وهي شكل آخر من أشكال الطاقة الحركية في الأجسام الصلبة.

الاهتزازات هي الجزئيات التي تهتز داخل موضع ثابت ولا تتحرك، وتحتوي على طاقة حركية، بينما الاصطدامات هي الجزيئات التي تتحرك وتتحرك في الحاوية، وتحتوي على طاقة حركية انتقالية، وتصطدم بالحاوية.

وقد تدل جدران الوعاء انه محيط مادى ملموس ،كما هو موجود في محيطك في ملكيتك ، قد يدل ان محيط الجسم هو الامتداد الابعد لجزئيات في شيء مادى ،وعند المحيط تصطدم الجزئيات المصطدمة مع الجزئيات الأخرى ، فكل من جزئيات الوعاء او الهواء المحيط وأيضا الجسيمات المهتزة التي تكون في وضع ثاب قد تحدث لهم بعض الاصطدامات ،ولأنها من ضمن المحيط فهذا ينتج عليه اهتزازات نتيجة الاصطدام مع الجزئيات المجاورة لها ، وهى ان كانت جزئيات الوعاء أو الهواء المحيط.

عندما تتصادم الجسيمات المهتزة مع بعضها، يحدث تصادم مرن يحتفظ بالطاقة الكلية للحركة للجزيئات المهتزة. والتأثير الذي نراه هو أن التصادم المرن ينقل الطاقة الحركية عبر الحدود إلى الجزيئات الأخرى. وخلال هذه العملية، تفقد الجزيئات الأكثر نشاطا جزءا من طاقتها الحركية، بينما تكتسب الجزيئات الأقل نشاطا هذه الطاقة الحركية المفقودة.

الإشعاع الحراري

هي أيضا وسيلة لنقل الحرارة باستخدام الإشعاع ، ولا تتطلب وجود موصل بين المصدر الحراري والجسم الذي يحتاج إلى نقل الحرارة ، ولا يتطلب وجود مواد أو أدوات لنقل الحرارة مثل التوصيل ، حيث يتم نقل الحرارة خلال الفراغ فقط عن طريق الإشعاع، على سبيل المثال، يتم نقل الحرارة من الشمس إلى الإنسان على الأرض مباشرة دون وجود أي شيء بينهما للتوصيل أو النقل.

ويطلق عليه أيضا اسم الإشعاع الحراري تحت الحمراء، وهو عبارة عن صورة من أشكال الأشعة الكهرومغناطيسية، فالإشعاع هو أحد أشكال نقل الطاقة ويتكون من موجات كهرومغنطيسية تتحرك بسرعة عالية تساوي سرعة الضوء، ولا يتطلب عملية النقل تبادلا للكتل أو وجود وسيط بينها.