تعريف الطاقة الحرارية. وسنتحدث عن مصادر الطاقة الحرارية واستخدامات الطاقة الحرارية وكيفية انتقال الطاقة الحرارية. كل هذه المواضيع ستجدها في مقالتنا
تعريف الطاقة الحرارية
1- 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.
2- يمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى أي نوع آخر من الطاقة، مثل الطاقة الميكانيكية كما في السيارة، أو الطاقة الكهربائية كما في محطة توليد الكهرباء، أو الطاقة الإشعاعية كما في النار، كما في النجوم وغيرها. لماذا تمت دراسة الطاقة الحرارية منذ القدم، وتمت صياغة قوانينها خلال القرن التاسع. عشرة فيما يسمى بعلم الحركة الحرارية (الديناميكا الحرارية).
مصادر الطاقة الحرارية
1- الاحتكاك
الاحتكاك هو القوة المقاومة التي تحدث عندما يتحرك سطحان متجاوران في اتجاهين متعاكسين عندما يكون هناك قوة ضغط بينهما تعمل على تماسكهما، وتنتج هذه العملية حرارة. يحدث الاحتكاك بين المواد الصلبة والسوائل والغازات أو أي مزيج منها. الاحتكاك هو مصدر للحرارة. يتم إنتاج الحرارة من احتكاك جسمين مع بعضهما البعض، وهذا بالضبط ما يحدث عندما نفرك راحتي أيدينا في البرد، مما يؤدي إلى حرارة تجعلنا نشعر بالدفء. وهذا هو نفس السبب الذي يتسبب في اندلاع الحريق عند احتكاك قطعتين من الخشب ببعضهما البعض، أو احتكاك حجرين.
2-الكهرباء
ومن مصادر الحرارة التي نعتمد عليها للحصول عليها، يؤدي تدفق الكهرباء عبر الموصلات الكهربائية إلى الحصول على الحرارة التي يعتمد عليها تشغيل العديد من الأجهزة، مثل: الأفران الكهربائية، وأجهزة التجفيف، وأجهزة التسخين، وآلات الكي، و وغيرها، والحرارة الناتجة عن الكهرباء تحدث نتيجة اصطدام الشحنات مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة السلك الذي يمر عبره، وهو مطلي بمواد قادرة على عزل هذه الطاقة الكهربائية، والتي ثم يتم تحويلها إلى طاقة حرارية.
3- التفاعلات الكيميائية واحتراق الوقود
عندما يحترق أي نوع من أنواع الوقود كالفحم والخشب والغاز الطبيعي فإن المواد الموجودة في هذا الوقود تتحد مع الأكسجين الموجود في الهواء لتشكل النار، ونعلم أن النار مصدر للحرارة.
هناك العديد من الاستخدامات للنار في حياتنا. نستخدم نار الموقد للطهي، كما نستخدم نار الفحم والوقود والغاز لتدفئة المباني والمنازل، واحتراق البترول في السيارات هو ما يساعدها على الحركة، فتسير السيارة كما نعرفها.
استخدامات الطاقة الحرارية
1- استغلال الطاقة الحرارية للحمم البركانية لاستخدامها في تدفئة المنازل وذلك منذ عام 1974م.
2- تحريك المركبات المختلفة كالقطارات والسيارات والطائرات عن طريق الاحتراق الداخلي للمشتقات البترولية. وقد تم استخدامها قديماً في محركات الاحتراق الخارجي، والتي كانت تعرف بالمحرك البخاري الذي يحرك السفن والقطارات.
3- تدفئة المنازل بشكل طبيعي ومباشر من خلال تصميم منازل ذات نوافذ واسعة تسمح بمرور أشعة الشمس المباشرة من خلالها.
4- صهر المعادن كالحديد لتصنيعها بحرق البترول أو الفحم.
5- السخانات الشمسية التي توضع على أسطح المنازل حيث يتم توصيلها بأنابيب مياه مدهونة بألوان داكنة لامتصاص الحرارة كما يتم تغطيتها بالزجاج العازل للحفاظ على الحرارة.
كيف تنتقل الطاقة الحرارية؟
1-التسليم
تنتقل الطاقة الحرارية بالتوصيل عندما تمر الحرارة عبر مادة صلبة لتزيد درجة حرارة كل شيء خلفها – وأكبر مثال على ذلك عندما تقوم حرارة الشمس بتسخين جسم السيارة، ثم ترتفع درجة الحرارة بعد ذلك ك نتيجة للطاقة الحرارية المستمدة من الشمس.
2-الإشعاع
الإشعاع هو تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ضوئية. يمكن أن يكون هذا الضوء مرئيًا أو غير مرئي. يمكن أن تنتقل الحرارة الإشعاعية عبر الهواء أو الغازات أو السوائل. ومن الأمثلة على ذلك النار وأشعة الشمس.
3- الحمل الحراري
ويحدث الحمل الحراري عندما تنتقل الحرارة نتيجة لحركة الموائع، وهو ما يسمى أيضًا بالحركة الجماعية للمادة السائلة. يحدث الحمل الحراري عندما تختلف درجات حرارة سطح الجسم عن السائل أو الصلب أو الغاز فقط. الماء البارد، الذي يسخن ليصبح ماء ساخن، هو أفضل مثال على الحمل الحراري.