استخدامات الطاقة الحرارية. وسنتحدث أيضًا عن أنواع الطاقة الحرارية الأرضية، وتعريف الطاقة الحرارية، وأنواع الطاقة الحرارية الأرضية. كل هذه المواضيع يمكنك العثور عليها في مقالتنا.
استخدامات الطاقة الحرارية
تُستخدم الطاقة الحرارية في الطهي والتدفئة والخبز وتسخين المياه وفي المصانع. يتم استخدامه في جميع جوانب الحياة.
مصادر الطاقة الحرارية
1- الاحتكاك تنشأ الطاقة الحرارية من قوة الاحتكاك. لشرح كيفية حدوث ذلك، على سبيل المثال، في حالة قيام رجل بدفع صندوق بسرعة ثابتة على أرضية خشنة، لم يتم تخزين الشغل المبذول كنوع آخر من الطاقة، لذلك أدى ذلك إلى تحويل الطاقة إلى طاقة حرارية المنتجة بين الصندوق والأرضية، مما يؤدي إلى رفع درجة حرارتها.
2- الطاقة الشمسية تعتبر الشمس مصدراً لمعظم أنواع الطاقة التي يستخدمها الإنسان يومياً. وبما أن الشمس تسمح للنباتات بالنمو وإنتاج غذائها، فإنها تعتبر أيضًا أحد مصادر الطاقة المتجددة المستخدمة لإنتاج الحرارة والكهرباء.
3- الطاقة النووية تستغل المفاعلات النووية في محطات الطاقة النووية طاقة التحلل الإشعاعي في اليورانيوم أو العناصر الأخرى، وهي الطاقة الحرارية الناتجة عن التفاعلات النووية. لغلي الماء، الذي يقوم بدوره بتشغيل التوربينات والمولدات. وبالإضافة إلى ذلك، تمثل الطاقة النووية 20% من الكهرباء المنتجة في الولايات المتحدة.
أنواع الطاقة الحرارية الأرضية
1- محطات التبخير
وتستخدم هذه المحطات الموائع ذات الضغط العالي تحت الأرض والتي تتركز في وعاء به فتحة صغيرة تؤدي إلى وعاء آخر متوسط الضغط. عندما ينتقل السائل من الوعاء الأول إلى الثاني عبر الفتحة، فإنه يتبخر بسبب السرعة وفرق الضغط العالي. يقوم البخار بتشغيل التوربين، الذي يقوم بدوره بتشغيل المولدات الكهربائية التي تنتج الكهرباء.
ويتم ضخ الماء المتكثف المتبقي إلى الأرض من خلال بئر الحقن.
2- محطات البخار الجاف
وهذه الطريقة هي الأقدم والأكثر انتشارا، وهي نفس الطريقة التي كانت تستخدم في إيطاليا عام 1904م.
وتستخدم هذه المحطات المياه الموجودة بشكل طبيعي في الطبقات العميقة من الأرض والتي تقع تحت تأثير الضغط العالي ودرجة الحرارة. ويتم استخراجه عن طريق حفر الآبار العميقة ويخرج على شكل بخار ماء بسبب ارتفاع درجة حرارته واختلاف الضغط. يتدفق هذا البخار عبر الأنابيب ثم يتعرض للتوربينات التي تقوم بتدوير المولدات الكهربائية التي تنتج الطاقة الكهربائية. ويتم ضخ الماء المتكثف إلى الأرض من خلال بئر آخر يسمى بئر الحقن.
3- محطات الدائرة المزدوجة
تستخدم هذه المحطات سوائل جوفية ذات درجة غليان عالية (حوالي 200 درجة مئوية) يتم ضخها إلى الأعلى، حيث تقوم بتسخين المياه ذات درجة الغليان العادية (100 درجة مئوية) في أنبوب آخر يمتد إلى جانب الأنبوب الساخن.
يتبخر الماء الذي تم تسخينه بسبب ارتفاع درجة حرارة السائل الموجود في الأنبوب الآخر. يقوم البخار بتحريك توربين المولد الكهربائي، ويتكثف، ويعود مرة أخرى إلى محاذاة الأنبوب الساخن، ويتحرك بهذه الطريقة في دوران مستمر.
ويتم ضخ المياه المستخرجة مرة أخرى إلى الأرض من خلال بئر الحقن.
تعريف الطاقة الحرارية
الطاقة الحرارية هي شكل شائع من أشكال الطاقة التي تنتقل عن طريق التوصيل أو الإشعاع أو الحمل الحراري. تنتقل الحرارة دائمًا من الجسم الساخن إلى الجسم البارد. انتقال الحرارة من جسم إلى آخر يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته.
الطاقة الحرارية هي أول ما عرفه الإنسان عن الطاقة، بغض النظر عما إذا كان يعلم أو لا يعلم أن ضوء الشمس هو أيضاً نوع من أنواع الطاقة. وكانت سيطرة الإنسان المبكر على الطاقة الحرارية من خلال إشعال النار سبباً رئيسياً في تطوره الحضاري. وحتى الآن، تلعب الطاقة الحرارية دورًا مهمًا يوميًا في حياتنا. نطبخ به الطعام، ونولد منه الطاقة الكهربائية في المحطات الحرارية، كما نستغله في تشغيل المحركات مثل المحرك البخاري، ومحرك الاحتراق الداخلي، والمحرك النفاث، والصواريخ.
يمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى أي نوع آخر من الطاقة، مثل الطاقة الميكانيكية كما في السيارة، أو الطاقة الكهربائية كما في محطة الطاقة الكهربائية، أو الطاقة الإشعاعية كما في النار والنجوم وغيرها.
ولهذا السبب تمت دراسة الطاقة الحرارية منذ القدم، وتمت صياغة قوانينها خلال القرن التاسع عشر فيما يسمى بعلم الحركة الحرارية (الديناميكا الحرارية).
يتم قياس الطاقة الحرارية بالسعرات الحرارية أو الجول.
عندما تكتسب المادة حرارة، ترتفع الطاقة الحركية لجزيئاتها وتظهر على شكل طاقة حرارية. عندما يفقد الجسم الحرارة، تنخفض الطاقة الحركية لجزيئاته. الطاقة الحرارية هي طاقة حركية، وتظهر تلك الحركة على شكل حركة عشوائية لجزيئات المادة في الغازات والسوائل، وحركة اهتزازية للشبكة البلورية للمادة الصلبة، وتنتقل عن طريق ما يسمى بالفوتون.
إذا كانت الطاقة الحركية لجميع جزيئات المادة تساوي الصفر، فإن درجة حرارتها تكون عند الصفر المطلق، حيث الكتلة m والحرارة النوعية c لا تصل دائمًا إلى الصفر. مقياس درجة حرارة كلفن هو المرجع لمقاييس درجة الحرارة مثل مئوية أو فهرنهايت. الصفر المطلق هو -16 و273 درجة مئوية.