المقدمة:

تلعب الحرارة دورًا أساسيًا في الحفاظ على الحياة و تحفيز العمليات الحيوية. إنها واحدة من العناصر الأساسية التي تؤثر على كل شيء، بدءًا من طقس الكوكب إلى وظائف الجسم البشري. تعتبر الحرارة شكلًا من أشكال الطاقة، وهي ناتجة عن حركة جزيئات المادة. تكون هذه الحركة هي الترجمة الدقيقة للطاقة الحرارية، وتؤثر على حالة المادة وخصائصها. على وجه الخصوص، تحتاج المخلوقات الحية إلى الحرارة للحفاظ على وظائفها الحيوية. رؤية الشمس كمصدر رئيسي للحرارة على سطح الأرض تعكس مدى أهمية الحرارة في دورة الحياة.

عناصر المقالة:

1.       ما الحرارة؟

2.       انتقال الحرارة:

3.       تغير درجة الحرارة:

4.       قياس درجة الحرارة:

5.       كيف تنتقل الحرارة؟

6.       التوصيل الحراري:

7.       الإشعاع الحراري:

8.       المادة الموصلة والمادة العازلة:

9.       كيف تغير الحرارة المادة ؟

10.   التغيرات الفيزيائية:

11.   التغيرات الكيميائية:

12.   تغير الحالة:

13.   الختام:

ما الحرارة؟

تحتاج المخلوقات الحية إلى الطاقة الحرارية لتبقى دافئة، سواء أكان مصدر هذه الطاقة الشمس، أم كان من داخل أجسامها. الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تجعل جسيماتِ المَادَّةِ في حالة حركة. أما الحرارة فهي انتقال الطاقة الحرارية من جسم إلى آخر. والحرارة تنتقل دائما من الأجسام الأدفأ إلى الأجسام الأبرد.

انتقال الحرارة:

ماذا يحدث عند استعمال محمصة الخبز ؟ إنَّها لا تسخن الخبز فقط، وإنَّما تسخّن الهواء من حولها أيضًا. وإذا لمست الخبز المحمص فإنَّني أحس بانتقال الطاقة الحرارية إلى يدي. إنَّ جسيمات محمصة الخبز الساخنة تتحرك بسرعة، وتصطدم بجزيئات الهواء البارد المحيط بها. ونتيجة لانتقال الطاقة الحرارية من المحمصة إلى الهواء المحيط تأخذ سرعة جسيمات في حين تأخذ سـ تأخذ سرعة جزيئات الهواء المحمصة في النقصان، في حين : المحيط في التزايد. وتستمر العملية حتى تصبح سرعة جسيمات كل منهما متساوية.

تغير درجة الحرارة:

يغير التسخين درجة حرارة الأجسام. وتقيس درجة الحرارة متوسط طاقة حركة الجزيئات في المادة. وتقاس درجة الحرارة بأداة تسمى الترمومتر، أو مقياس الحرارة. ويوجد داخل مقياس الحرارة كحول أو زئبق. وعندما يسخن المقياس فإنَّ جسيمات السائل تتحرك بسرعة ويتمدد السائل داخل أنبوب المقياس. وهذه الحركة تجعل السائل يتمدد ويرتفع داخل المقياس.

قياس درجة الحرارة:

هل أصبت يوما بارتفاع في درجة حرارتك؟ لعلك قست درجة حرارتك مستخدمًا مقياس الحرارة. وتستخدم وحدة تسمى السلسيوس في قياس درجة الحرارة، ويُرمز إليها بالرمز (س) حيث يستخدمها معظم العلماء والشكل المجاور يُبين تدریج مقياس درجة الحرارة. ووفقا لهذا المقياس فإن درجة حرارة تجمد الماء هي الصفر ( س)، ودرجة حرارة غليانه هي (١٠٠ س).

كيف تنتقل الحرارة؟

عرفنا سابقا ما يحدث عند انتقال الطاقة الحرارية ؟ وسندرس الآن كيف تنتقل الحرارة؟

التوصيل الحراري:

المواد الصلبة تسخن بالتوصيل. ويحدث التوصيل الحراري عندما يتلامس جسمان مختلفان في درجة

الحرارة. كما يحدث التوصيل أيضًا داخل الجسم نفسه، كما في أواني الطبخ. إذا تلامس جسمان مختلفان في درجة الحرارة فإنَّ جزيئات الجسم الأسخن تتصادم بجزيئات الجسم الأقل منه في درجة الحرارة، وهذا التصادم يعطي الجسم - الذي درجة حرارته أقل - طاقة، فتسخن جسيماته. الحمل الحراري الحمل طريقة ثانية لانتقال الحرارة. والحمل الحراري نقل الحرارة خلال السوائل والغازات. إذا أردنا أن نغلي كميَّةً من الماء فإنَّنا نضعها في إبريق ونضعه على الموقد أو النَّارِ، وعندما يسخن الإبريق تنتقل الطاقة منه إلى الماء؛ حيث تسخن جسيمات الماء الموجودة في قاع الإبريق أولاً. ونتيجة لارتفاع درجة حرارتها فإنها تصعد إلى أعلى، وتحل محلها.

الإشعاع الحراري:

الطريقة الثالثة لانتقال الحرارة تكون بالإشعاع الحراري، الذي ينقل الطاقة الحرارية في الفراغ. ومن دون الإشعاع لا يمكن أن تصل طاقة الشمس الحرارية إلى الأرض. الإشعاع الحراري لا يحتاج إلى وسط مادي ناقل.

المادة الموصلة والمادة العازلة:

في الشتاء أرتدي سترة منَ الصُّوفِ لتُبقي جسمي دافئا. الصوف مادة عازلة لا تنقل الحرارة بشكل جيد. كذلك تعد الدهون مادة عازلة في أجسام الثدييات، تحافظ على دفء الجسم وتحميه من تسرب الحرارة من جسمه إلى الهواء البارد. أما المواد الموصلة - ومنها الألومنيوم والكروم والحديد - فتنقل الحرارة بسهولة.

كيف تغير الحرارة المادة ؟

من المعلوم أن جسيمات المادة في حركة مستمرة وعندما تكتسب هذه الجسيمات طاقة أو تفقدها فإنَّ المادة تتغير.

التغيرات الفيزيائية:

إذا أضفت طاقة حرارية إلى جسم فإن جسيمات تتحرك أسرع وتتباعد. لذا عندما تكتسب جسيمات المادة طاقة حرارية فإن حركتها تزداد وتتباعد بعضها عن بعض، ونتيجة لذلك تتمدد المادة، وتأخذ حيزا أكبر. أما إذا فقدت جسيمات المادة الطاقة الحرارية فإن جسيمات المادة تقل حركتها ويقترب بعضها من بعض وتتقلص. وفي الحالتين تتغير المادة. هذه التغيرات التي تحدثها الحرارة في المادة تغيرات فيزيائية.

التغيرات الكيميائية:

يمكن للحرارة أن تُحدث في المادة تغيرات كيميائية، فبعض أنواع المواد تحترق بسبب الحرارة، والاحتراق تغير كيميائي. ومن ذلك احتراق الوقود؛ حيث تنطلق الطاقة المختزنة فيه.

تغير الحالة:

عندما يكتب الجسم حرارة كافية تتغير حالة المادة، فعند تسخين المادة الصلبة إلى درجة الانصهار تتحول إلى الحالة السائلة. ومع استمرار التسخين تتحول إلى الحالة الغازية.

الختام:

1.      ندرك أهمية الحرارة كظاهرة فيزيائية أساسية تؤثر على الحياة والبيئة من حولنا. إن فهم كيفية انتقال الحرارة وتأثيرها على المواد يسهم في تفسير العديد من الظواهر والعمليات التي نشهدها يوميًا.

2.      كما يبدأ الشمس بدفع دورها كمصدر أساسي للحرارة على سطح الأرض، ندرك أهمية استمرار هذا التبادل الحراري لضمان استدامة الحياة. إن دراستنا لمفاهيم الحرارة وانتقالها تسلط الضوء على ترابط العلوم الفيزيائية والكيميائية مع العالم الحيوي، مما يمكننا من فهم أفضل للظواهر التي نعيشها يوميًا.

3.      يظهر أن فهمنا لمفهوم الحرارة يسهم في تعزيز فهمنا لكيفية تفاعل العالم من حولنا وكيف يمكننا الاستفادة من هذه الطاقة بشكل فعّال. في نهاية المطاف، تجعل الحرارة الحياة ممكنة وتلعب دورًا حيويًا في صياغة وجودنا في هذا الكوكب.

قم بالتجربة بنفسك من خلال منصة ڤلابي لمعامل العلوم الافتراضية