بحث عن درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء
بحث عن درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء، تعمل الطاقة على تحريك السيارات على طول الطرق وتجعل الطائرات تطير، كما إنها تعمل على تدفئه غرفنا وإضاءة منازلنا، وهناك حاجة إلى الطاقة لأجسامنا لكي تنمو وتتحرك، واليوم سوف نتعرف على نوع مهم من أنواع الطاقة وهي الطاقة الحرارية.
مقدمة بحث عن درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء
الطاقة الحرارية توجد في كل مكان من حولنا، وهي الطاقة التي تمتلكها مادة ما بسبب الحركة العشوائية وغير المنتظمة لذراتها أو جزيئاتها، والإشعاع الحراري هو تحويل الطاقة من الطاقة الحرارية إلى الطاقة الإشعاعية عن طريق انبعاث الأشعة.
شاهد أيضًا: بحث عن الاتزان الكيميائي والديناميكي في الفيزياء
ما هي الطاقة الحرارية؟
الطاقة الحرارية هي في الواقع نوع من الطاقة الحركية التي تمتلكها كائنات مختلفة، والحرارة في جسم ما هي في الواقع مجرد جزيئات تتحرك بشكل أسرع.
عندما تقوم بتسخين مقلاة طهي البيض في الصباح، فإنك تسرع جزيئات المقلاة لتجعلها ساخنة بدرجة كافية لطهي البيض بالفعل، ويمكن قول الشيء نفسه عن أي شيء آخر يزداد سخونة أيضًا، حيث تعمل العديد من السخانات عن طريق تسخين الهواء، مما يجعل جزيئاته تتحرك بشكل أسرع.
تعريف درجات الحرارة
تعتبر درجة الحرارة ما هي إلا تفاعل الجسم وحركته فينتج عنها زيادة أو نقصان في درجات الحرارة للجسم، ويمكن قياس درجات الحرارة من خلال وحدة الدرجات المئوية، والفهرنهايت، والكلفن، وهناك العديد من البلدان العربية والاجنبية يستخدمون هذه الأنواع لقياس درجات الحرارة.
مكتشف الطاقة الحرارية
تقاس الطاقة الحرارية في وحدات تسمى جول نسبة إلى مكتشفها جيمس بريسكوت جول، وهو الرجل الذي اكتشف أن الحرارة هي في الواقع نوع من الطاقة، وقد كان فيزيائيًا، ودرس العلاقات بين درجة الحرارة والطاقة ومن خلال اختباره، أدرك أن مجرد تحريك الماء ميكانيكيا من شأنه أن يرفع درجة حرارته.
الفرق بين الحرارة والطاقة الحرارية
في حين أن الطاقة الحرارية هي السرعة التي تتحرك بها جزيئات الجسم، بالحرارة هي في الواقع نقل هذه الطاقة من كائن إلى آخر، عندما تشعل الموقد الخاص بك على مقلاة من الزيت، يتم نقل الطاقة الحرارية من عنصر الموقد إلى المقلاة ومن المقلاة إلى الزيت بداخله، حيث يتم نقل بعض الحرارة إلى الهواء حول الموقد أيضًا، ولهذا السبب يبدو أن المطابخ ترتفع درجة حرارتها كثيرًا عند الطهي.
كيف تعمل الطاقة الحرارية؟
- عندما تفهم مفهوم الطاقة الحرارية والحرارة، فإنه يجعل من الأسهل بكثير فهم كيفية عمل أنظمة التدفئة المتقدمة، وكذلك، كيف يمكن للمهندسين معرفة أي المواد هي الأفضل لاستخدامها في الأفران والقنوات وغيرها مكونات التدفئة الهامة.
- حيث تتكون المادة من جزيئات أو ذرات، وهذه الجزيئات تتحرك (أو تهتز) باستمرار، حيث أن ارتفاع درجة حرارة المادة يجعل الجزيئات تهتز بشكل أسرع والطاقة الحرارية هي ما نسميه الطاقة التي تأتي من درجة حرارة المادة، وكلما زادت حرارة المادة، اهتزت جزيئاتها، وبالتالي ارتفعت طاقتها الحرارية.
- على سبيل المثال، يحتوي كوب الشاي الساخن على طاقة حرارية في شكل طاقة حركية من جزيئاتها الاهتزازية، عندما تصب بعض الحليب في الشاي الساخن الخاص بك، يتم نقل بعض هذه الطاقة من الشاي الساخن إلى جزيئات الحليب البارد.
- ولكن ماذا يحدث بعد ذلك؟ كوب الشاي يصبح أكثر برودة لأنه فقد الطاقة الحرارية للحليب، ويتم قياس كمية الطاقة الحرارية في جسم ما عن طريق الجوال.
شاهد أيضًا: بحث عن الاحتكاك والحركة في الفيزياء كامل
كيفية تخزين الطاقة الحرارية
- يمكن تخزين الطاقة الحرارية واسترجاعها بشكل فعال عن طريق مبادئ الحرارة الكامنة، حيث يمكن إجراء الطريقة الأخرى لتخزين وإطلاق الطاقة الحرارية من خلال مبادئ التفاعل الكيميائي.
- تساعد التفاعلات الكيميائية العكسية التي تحدث بين المواد المتفاعلة العاملة أو المكونات التفاعلية على تخزين وإطلاق طاقة الحرارة المطلوبة.
- عن طريق توفير الطاقة الحرارية لأزواج المواد الكيميائية النهائية، يمكن كسر الرابطة بين الجزيئات، ويمكن فصلها إلى مكونات تفاعلية فردية، وهذا من شأنه أن يسمح في نهاية المطاف للمواد بتخزين الطاقة الحرارية.
- من ناحية أخرى، من خلال إعادة تجميع المكونات التفاعلية الفردية نفسها، يمكن استرداد الطاقة الحرارية المخزنة بشكل فعال واستخدامها لتلبية الطلب على حمولة التدفئة / التبريد.
- ولقد تم تطوير معظم أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكيميائية لتطبيقات التدفئة في المباني بدلاً من تطبيقات التبريد، وقد يكون السبب في ذلك هو أنه بالنسبة لتطبيقات التدفئة، تتوفر طاقة حرارية عالية الجودة من الإشعاع الشمسي، والذي يعد مصدرًا للطاقة المتجددة ويمكن حصره بسهولة من خلال مجمعات الطاقة الشمسية لمزيد من الاستخدام.
- وبالمثل، فإن الجمع بين نظام تخزين الطاقة الحرارية الكيميائية ونظام TES الموسمي طويل المدى يمكن أن يكون أيضًا طريقة مفيدة للحد من انبعاثات الكربون وانبعاثات غازات الدفيئة والمساهمة في الحفاظ على الاستدامة البيئية.
استخدامات الطاقة الحرارية
- تشمل الاستخدامات الإنتاجية للطاقة الحرارية على سبيل المثال لا الحصر: الطهو والتجفيف والتدفئة والخبز وتسخين المياه والتبريد والتصنيع، وتوجد تقنيات جديدة وفعالة تقلل بشكل كبير من كمية الكتلة الحيوية اللازمة للوقود، وهناك أيضًا تقنيات الطاقة الحرارية التي تستخدم الطاقة الشمسية، والتي تعتبر أنظف وأكثر استدامة.
- تستخدم صناعات الفولاذ والحديد الطاقة الحرارية لتصنيع الصلب من خام الحديد عن طريق صهر فحم الكوك أو الحجر الجيري.
- تتطلب مصانع الورق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية لتجفيف منتجاتها، حيث أنها تستخدم الحرارة في أشكال الهواء الساخن والبخار، والتي يتم إنتاجها من الكهرباء، وتحتوي العديد من مصانع الورق على التوليد المشترك لاستعادة الحرارة.
- تستخدم مصانع الورق المقوى الطاقة الحرارية لتجفيف منتجاتها والضغط على الألواح، وتحتوي العديد من مصانع الورق على التوليد المشترك لاستعادة الحرارة، وتقوم مصيدة البخار باحتجاز الطاقة الحرارية وإعادة تدويرها لتحقيق الكفاءة.
- تستخدم الصناعات الغاز الطبيعي والكهرباء والنفط والفحم لإنتاج الطاقة الحرارية التي تستخدم في العمليات الصناعية.
الطاقة الشمسية الحرارية
- الطاقة الحرارية الشمسية هي واحدة من أنظف أنواع الطاقة المستدامة والمتجددة على الأرض، حيث يتم جمع الطاقة الحرارية من خلال طريقتين، التسخين الشمسي السلبي، والتسخين الشمسي النشط، ويتم جمع الطاقة وتخزينها كما هو الحال في التسخين الشمسي السلبي أو يتم جمعها ميكانيكياً وتوزيعها.
- تستخدم الطاقة الحرارية الشمسية لزيادة الطاقة الداخلية لعنصر من خلال الإشعاع الشمسي، ويتم بعد ذلك نقلها عبر السائل إلى المكان المطلوب، كما تُستخدم مجمعات الطاقة الشمسية أيضًا لجمع وتخزين الطاقة الحرارية الشمسية، والتي تُستخدم بعد ذلك لتسخين المياه للاستخدام المنزلي.
- كما تقوم الألواح الضوئية بجمع الطاقة الشمسية، وتستخدم لجمع الطاقة الشمسية الحرارية وتحويلها إلى تيار مباشر يمكن استخدامه كطاقة كهربائية.
- يمكن أيضًا جمع الطاقة الحرارية الشمسية في مصانع الطاقة الحرارية واستخدامها لتسخين المياه وإنتاج البخار الذي يتم توجيهه بعد ذلك إلى مصدر واحد لتشغيل التوربينات التي تنتج الكهرباء.
- تستخدم الطاقة الحرارية الشمسية أيضًا لتسخين حمامات السباحة الخارجية والداخلية، خاصةً خلال فصل الشتاء.
الاستفادة من الطاقة الحرارية الجوفية
- تنتج هذه الطاقة الحرارية الماء الساخن أو البخار الذي يمكن استخدامه للعديد من الاستخدامات الصناعية والتجارية، حيث تُستغل الطاقة الحرارية الجوفية لتشغيل التوربينات التي تولِّد الكهرباء وتحول الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية.
- يتم توجيه المياه التي يتم تسخينها مباشرة بواسطة الطاقة الحرارية البركانية لاستخدامها في تسخين المباني وحمامات السباحة الحرارية ويمكن استخدامها مباشرة لتدفئة المنتجعات الصحية وغيرها من المرافق العلاجية ويمكن استخدامها أيضًا في أحواض تربية الأحياء المائية.
- ويمكن توجيه الطاقة الحرارية التي تنتجها الطاقة الحرارية الأرضية وتوجيهها للطبخ محليًا، كما يمكن استخدامها تجارياً لتجفيف الفواكه والخضروات والأخشاب.
- استخدمت الطاقة الحرارية الناتجة عن الطاقة الحرارية الأرضية في ذوبان الثلوج على نطاق واسع على الطرق والمرافق الأخرى.
- كما تعمل المضخات الحرارية الجوفية بالطاقة الحرارية لتدفئة المنازل والمحركات، وتستخدم الحرارة الجوفية أيضًا في بسترة الحليب.
شاهد أيضًا: بحث وصف الحركة الدورانية فيزياء ثاني ثانوي
خاتمة بحث عن درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء
وفي نهاية رحلتنا مع بحث عن درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء، نشير إلى أن الطاقة الحرارية هي من أهم أنواع الطاقة الرخيصة والتي يجب استغلالها جيدًا في شتى مجالات الحياة المختلفة، وتعتبر الطاقة الشمسية من أهم مصادر الطاقة الحرارية.