مصادر الحرارة الطبيعية والصناعية، وكذلك استخدامات الطاقة الحرارية. وسنشرح أيضًا أنواع وسائط نقل الطاقة الحرارية، وسنتحدث أيضًا عن مصادر الطاقة الحرارية الأرضية. كل هذا من خلال مقالتنا. تابع معنا.
مصادر الحرارة الطبيعية والصناعية
1- مصادر الحرارة الطبيعية :
– الطاقة الشمسية:
يستخدم الإشعاع الشمسي لإنتاج الحرارة، وتسريع التفاعلات الكيميائية، وتوليد الطاقة الكهربائية، مع التأكيد على أن حجم الطاقة الشمسية الساقطة على الأرض أعلى بكثير من حاجة الأرض للطاقة، لذا يمكن الاعتماد عليها مستقبلاً للحصول على طاقتها الاحتياجات. ومن الجدير بالذكر أن الطاقة الشمسية أصبحت ذات أهمية كبيرة وتستخدم على نطاق واسع في القرن الحادي والعشرين كمصدر للطاقة المتجددة، لأنها لا تنضب وغير ملوثة للبيئة، على عكس مصادر الطاقة غير المتجددة.
– درجة الحرارة الحرارية الأرضية:
تُعرف الحرارة الأرضية بأنها الحرارة المنبعثة من الأرض، وهي نوع من مصادر الطاقة المتجددة، لأن الحرارة يتم إنتاجها بشكل مستمر في الأرض وتستخدم لتسخين المياه، وتدفئة المباني، وتوليد الطاقة الكهربائية.
– طاقة الرياح:
هي الطاقة الناتجة عن حركة الرياح، حيث يتم توليد الطاقة من خلال توربينات الرياح التي تعمل على تحويل الطاقة الحركية في الرياح إلى طاقة ميكانيكية أو طاقة كهربائية، والتي يمكن استخدامها في مهام محددة مثل؛ طحن الحبوب، أو ضخ الماء.
-الطاقة الحيوية:
هي طاقة عضوية تنتجها في الأصل الكائنات الحية، بما في ذلك الأخشاب والنباتات وفضلات الحيوانات. ويمكن تحويل الهيدروكربونات التي تتكون منها هذه المواد إلى طاقة كهربائية بطرق مباشرة كالحرق، وبطرق غير مباشرة كالتخمير وتحويلها إلى وقود طبيعي.
– الطاقة الهيدروليكية :
هي الطاقة الناتجة عن حركة الماء. بدأ استخدامه منذ أكثر من 2000 عام من قبل اليونانيين، الذين استخدموه لتحريك النواعير المائية لطحن الحبوب. وهي اليوم واحدة من أكثر مصادر الطاقة المتجددة فعالية في إنتاج الطاقة الكهربائية. النرويج هي الدولة الوحيدة التي تعتمد على الطاقة الهيدروليكية لتوليد 99% من الطاقة الكهربائية. ويعد مشروع الممرات الثلاثة في الصين من أهم مشاريع الطاقة المتجددة، إذ يغطي احتياجات 70-80 مليون أسرة، وبطاقة إنتاجية 80-100. تيراواط-ساعة في السنة.
2- مصادر الحرارة الصناعية :
– كهرباء:
أحد مصادر الحرارة التي نعتمد عليها في الحصول 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 آحرون.
وتحدث الحرارة الناتجة عن الكهرباء نتيجة تصادم الشحنات مع بعضها البعض مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة السلك الذي ينتقل من خلاله وهو مطلي بمواد قادرة على عزل هذه الطاقة الكهربائية والتي تتحول بعد ذلك إلى طاقة حرارية طاقة.
– 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.
على الرغم من أن الاحتكاك يمكن أن يولد الحرارة، إلا أنه مصدر غير مرغوب فيه للحرارة. لأن الاحتكاك يمكن أن يؤدي إلى تآكل الأجزاء، مما يؤدي إلى تلف الأشياء؛ ولذلك يتم تزويد الآلات التي تتكون من أجزاء تحتك ببعضها البعض بالزيوت لتقليل الاحتكاك، وهذه الآلات تفسد إذا نقص الزيت.
– 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.
– الطاقة النووية:
تنتج الطاقة النووية من انشطار أو اتحاد نوى المواد المتفاعلة، مما يؤدي إلى تحويل جزء من المادة إلى طاقة. وتمثل هذه الطاقة كمية هائلة من الطاقة الحرارية، ومثال على ذلك التفاعل النووي الذي يحدث داخل الشمس.
يمكن للطاقة النووية أن تنتج كميات كبيرة من الحرارة التي يمكن أن تدمر كل شيء إذا أسيء استخدامها من قبل البشر. وقد استفاد الإنسان من الطاقة النووية لتوليد الكهرباء والقيام بأعمال أخرى لتحقيق الاستفادة.
استخدامات الطاقة الحرارية
– استغلال الطاقة الحرارية للحمم البركانية لاستخدامها في تدفئة المنازل وذلك منذ عام 1974م.
– صهر المعادن كالحديد لتصنيعها عن طريق حرق البترول أو الفحم.
نقل المركبات المختلفة كالقطارات والسيارات والطائرات عن طريق الاحتراق الداخلي للمشتقات البترولية. وقد تم استخدامها قديماً في محركات الاحتراق الخارجي، وهو ما يعرف بالمحرك البخاري الذي يحرك السفن والقطارات.
– تدفئة المنازل بشكل طبيعي ومباشر من خلال تصميم منازل ذات نوافذ واسعة تسمح بمرور ضوء الشمس المباشر من خلالها.
– السخانات الشمسية التي توضع على أسطح المنازل حيث يتم توصيلها بأنابيب مياه مطلية بألوان داكنة لامتصاص الحرارة كما يتم تغطيتها بالزجاج العازل للحفاظ على الحرارة.
أنواع وسائط نقل الطاقة الحرارية
1- الوسط الحراري الشفاف :
وهو يمثل الوسط الذي يسمح باختراق واختراق الإشعاع الحراري.
2- الوسط شبه الشفاف :
وهو الوسط الذي لا يسمح باختراق جميع الإشعاعات الحرارية، لذلك يسمح باختراق نسبة معينة من الإشعاع الحراري الساقط عليه. وتستخدم هذه الوسيلة على نطاق واسع في بناء الدفيئات الزراعية التي تستخدم لزراعة بعض المحاصيل الزراعية. تتكون هذه المنازل من طبقة زجاجية تسمح باختراق بعض الإشعاع الحراري الساقط. عليها.
3- وسط معتم حرارياً :
وهو الوسط الذي يمنع اختراق الإشعاع الحراري من خلاله، بل يمتص أغلبه بواسطة الأجسام الساخنة المحيطة به، وهذا يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته وبالتالي زيادة الطاقة الداخلية فيه، وهذه الطاقة تتحول إلى طاقة حرارية لتصبح مصدراً لانبعاثات الإشعاع الحراري.
مصادر الطاقة الحرارية الأرضية
تأتي الطاقة الحرارية الأرضية من داخل الأرض والتي تعتبر أيضاً مصدراً للطاقة الحرارية الأرضية، حيث تأتي الحرارة الأرضية من داخل الأرض ومن باطنها بشكل خاص، والتي تنتج عن الذوبان الذي يحدث في نوى بعض العناصر، وهذه العناصر مشعة وهذا الذوبان الذي يحدث يحدث على أعماق كبيرة.
وينتج عن هذا الإشعاع حالة ذوبان للصخر، يصاحبها حدوث بركان، مما يؤدي إلى ارتفاع الصخور من مكانها حتى تصل إلى الأرض في طبقة أعلى. الطبقة التي يصلون إليها هي الطبقة التي هي الطبقة السطحية للأرض. ثم تستغل الصخور الشقوق الموجودة في القشرة الأرضية.
وبالتالي فإن مصادر الطاقة الحرارية الأرضية هي نفسها الإجابة على السؤال المهم: من أين تأتي الطاقة الحرارية الأرضية؟ الجواب هو من الصخور الموجودة في باطن الأرض والتي تتميز بدرجة حرارة عالية جداً، والتي يمكن أن تمد الأرض باحتياجاتها من الكهرباء الحرارية على المدى الطويل.
مصادر الطاقة الحرارية هي الصخور، وهي صخور تسمى صخور الصهارة، وتسمى أيضًا الصهارة، والتي تحتوي بداخلها على السيليكون والأكسجين. وتغطي الصخور معظم كتلة الأرض وتعتبر ذات درجة حرارة عالية جداً قد تصل إلى ألف درجة مئوية.
لقد تعرف الإنسان على ارتفاع درجة الحرارة في باطن الأرض من خلال المناجم البحثية، التي يصل إليها الإنسان عن طريق الحفر في باطن الأرض للوصول إلى المعادن. وقد عرفوها أيضًا من عيون الماء حيث وجدت درجة حرارتها مرتفعة ووجدت تخرج من باطن الأرض.
قدم العلماء تعريفا دقيقا للطبقة الصخرية التي تعتبر مصدر الطاقة الحرارية الأرضية، حيث اكتشفوا أن هذه الحرارة تأتي من طبقة من الأرض تسمى طبقة الوشاح.
توفر الأرض بديلاً جيداً للطاقة لسكانها دون الحاجة إلى استخدام أنواع أخرى من الطاقة التي تسبب التلوث البيئي، حيث أن هذا النوع لا ينتج أي تلوث على الإطلاق، كما أن الغازات السامة التي تخرج منه لن تكون على الأغلب من نفس الضرر وحجم تلك الملوثات البيئية الموجودة بالفعل.
وبالتالي يمكن اعتبار هذه الطاقة، في حال توافرت مصادر الطاقة الحرارية الأرضية، مصدراً نظيفاً ومتجدداً للطاقة، فهي ليست مصدراً قابلاً للنفاد، رغم أنها ليست متساوية على سطح الأرض. ولذلك ذكر في حالة التوفر، لأن هناك طبقات لا تكون على نفس درجة الحرارة المرتفعة في كل مكان.
تسمى مصادر الطاقة الحرارية الأرضية بالطاقة الحرارية الأرضية نسبة إلى استخراجها من الصخور الأرضية ومن باطن الأرض. وهي نوع من الطاقة قيد البحث المستمر من قبل الدول التي تسعى لاستغلالها، والتفكير بطريقة غير تقليدية وطموحة، فالحرارة التي تصدر من باطن الأرض هي صخور تحت الأرض. والمياه الموجودة فيها ليست مياه جوفية، بل هي مخزنة من مياه الأمطار.