ملتقى الفيزيائيين العرب

:emot19_thumbsup:توصف الأشياء، تبعاً لسخونتها، بأنها حارة، وساخنة، وباردة؛ فيقال يوم قائظ، أو يوم حار، أو شديد الحرارة؛ كما يقال للطبيب، إن المريض ارتفعت حرارته. وهذا التصنيف، نسبي؛ فالشاي يتناول ساخناً، بينما تتناول المشروبات الغازية باردة؛ ولو كان الشاي أقل سخونة من المعتاد، لقيل إنه بارد، ويحتاج إلى تسخين. والشعور بحرارة الهواء نسبي كذلك؛ فدرجة حرارة 30ْ مئوية، في شهر يونيه، في مدينة الرياض، مثلاً، تجعل اليوم معتدلاً. ولكن الدرجة نفسها، في المكان نفسه، في شهر يناير، تجعل اليوم شديد الحرارة. ولجسم الإنسان درجة حرارة معيارية ثابتة، يقارن بها ارتفاع درجة حرارته أو انخفاضها.
ولكن، من الواضح، أن هناك خلطاً كبيراً بين مفهومَي الحرارة ودرجتها؛ على الرغم من أهميتهما وشيوع استعمالهما. لذا، فإن من الأولى، في بداية البحث، إيضاح الفرق بينهما، وكيفية قياس كلٍّ منهما؛ وتبيان الآلية، التي تنتقل بها الحرارة من جسم إلى آخر.
الموضوع:-
الفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة:-
إن جميع المواد مكونة من جزيئات وذرات، دائمة الاهتزاز والحركة؛ولكنها متفاوتة السرعة، في المادة الواحدة
والحرارة Heat شكل من أشكال الطاقة. وتعرَّف بأنها إجمالي الطاقة الحركية، لكل الذرات والجزيئات المكونة للمادة. ويمكن أن ينظر إليها، على أنها طاقة في حالة انتقال بين جسمَين، مختلفَين في درجة حرارتهما. ولإيضاح الفرق بين الحرارة ودرجتها قارن بين كوب ساخن من الشاي، وحوض سباحة مملوء بالماء الدافئ. لا شك أن درجة حرارة السائل، في كوب الشاي، سيكون أعلى؛ ولكن كميته، ستكون أقل كثيراً مما في حوض السباحة؛ وستختزن طاقة، أقلّ، كذلك، من الطاقة في مياه الحوض.
كمية الحرارة، إذاً، تعتمد على كتلة المادة؛ ولكن درجة الحرارة، لا تعتمد عليها. لذا فإن طبقة الثيرموسفير Thermosphere، وهي الطبقة الرابعة، والخارجية، من الغلاف الغازي، ترتفع فيها درجة الحرارة إلى ما فوق ألف درجة مئوية. فعلى ارتفاع 300 كيلومتر من سطح الأرض، تراوح الحرارة بين 700 و1700 درجة مئوية، تبعاً للنشاط الشمسي ولأن جزيئات الهواء، تمتص الأشعة الشمسية قصيرة الموجة، عالية الطاقة، فإن درجة حرارتها ترتفع.
قياس درجة الحرارة:-
للتعبير عن درجة الحرارة، كَمّاً، كان لا بدّ من وجود مقاييس معيارية، وخاصة أن الشعور ببرودة الأشياء أو سخونتها، نسبي إلى حدٍّ كبير. فلو أن هناك ثلاثة أكواب من الماء، في الأول ماء بارد، وفي الثاني ماء دافئ، وفي الثالث ماء ساخن. فإن الإنسان، الذي يضع يده في الكوب الثالث، وينقلها إلى الكوب الثاني، سيشعر أن الماء في الكوب الثاني بارد. وعلى العكس من ذلك، لو أنه وضع يده في الكوب الأول، ثم وضعها في الكوب الثاني، فسيشعر أن الماء في الكوب الثاني ساخن. وتنطلق مقاييس درجة الحرارة من نقاط مرجعية؛ وأحياناً، تسمى نقاط الضبط، من هذه النقاط، مثلاً، درجة حرارة ذوبان الثلج، ودرجة حرارة غليان الماء تحت ضغط جوي محدد. هناك ثلاثة مقاييس شائعة، تقاس بها درجة الحرارة: مقياس كالفن، والمقياس الفهرنهايتي، والمقياس المئوي. ولكل مقياس من هذه المقاييس ميزات معين. ويمكن تحويل الدرجات المقيسة بأحد هذه المقاييس إلى المقياسَين الآخرَين، من دون عناء.
أ- مقياس كالفن:-
يميل معظم العلماء والباحثين، عندما يشيرون إلى درجات الحرارة في أبحاثهم، إلى استخدام درجة الحرارة المطلقة، أو ما يسمي مقياس كالفن، الذي استمد اسمه من مبتكره، العالم البريطاني، اللورد كالفن Lord Kelvin (1824 ـ 1907).
يبدأ مقياس كالفن من الصفر المطلق، ويخلو من القيم السالبة؛ لذا، يفضل كثير من العلماء الباحثين، استخدامه في حساباتهم العلمية. إلى جانب ذلك،، فإنه عند درجة الصفر المطلق، تكون حركة جزيئات المادة في أضعف حالاتها، والطاقة الحركية في الحضيض؛ والجزيئات في أبرد ما يمكن أن تكون عليه.
وفي مقياس كالفن، لا توضع علامة الدرجة، كتلك الدائرة الصغيرة، التي توضع على أرقام درجات الحرارة، المقيسة بالمقياس المئوي أو الفهرنهايتي؛ وذلك، لأن المؤتمر العام للمكاييل والمقاييس، المنعقد في عامي 1967ـ1968، استبدل كلمة كالفن، والرمز K بتسمية درجات كالفن، والرمز Kْ؛ لذا يشار إلى الوحدات بالاسم المفرد كالفن، ويرمز إليها بالرمز المجرد K.
ب- مقياس فهرنهايت
ابتكر هذا المقياس في أوائل القرن الثامن عشر الميلادي، وبالتحديد عام 1714. وسمي نسبة إلى مبتكره، العالم الفيزيائي الألماني، جبريل دانييل فهرنهايت Gabriel Daniel Fahrenheit. وفي هذا المقياس، جعل فهرنهايت الرقم 32، هو درجة الحرارة، التي يتجمد عندها الماء؛ والرقم 212، وهو درجة الحرارة لتبخره. وجعل الصفر أقلّ درجة حرارة، حصل عليها من خليط من الثلج والماء والملح. وقسم المدى، بين درجة التجمد ودرجة الغليان، إلى 180 قسماً متساوياً؛ كلٌّ منها هو درجة. ويرمز إلى الدرجات بالرمز Fْ. وقد استخدم فهرنهايت ثرمومتراً زئبقياً، في أنبوب زجاجي.
ج- المقياس المئوي
بعد ابتكار فهرنهايت لمقياسه بثمانٍ وعشرين سنةً، وبالتحديد سنة 1742م، قدم عالم الفلك السويدي، أندرس سيلسيوس Anders Celsius، مقياساً عشرياً لدرجات الحرارة. جعلت فيه نقطة ذوبان الثلج عند الدرجة الصفر، وجعلت درجة غليان الماء عند الدرجة 100ْ؛ وقسم المدى، بين درجتَي التجمد والغليان، إلى 100 درجة متساوية.
آلية انتقال الحرارة:-
تنتقل الحرارة من جسم إلى آخر، أو من مادة إلى أخرى، بطرائق ثلاث: التوصيل (أو الملامسة)، والحمل (أو الاختلاط)، والإشعاع.
أ- التوصيل Conduction
وانتقال الطاقة بطريقة التوصيل Conduction، التوصيل، إذاً، هو انتقال الحرارة من جزيء إلى جزيء في المادة؛ فانتقال النشاط الجزيئي في المادة، بين الجزيئات المتجاورة، يؤدي سريان الحرارة من طرف القضيب المعدني المعرض للهب إلى الطرف الآخر.
ب- الحمل
كثير من عمليات نقل الحرارة، التي تحدث في الغلاف الغازي، تحدث بطريقة الحمل Convection. وتعرَّف هذه الآلية بأنها انتقال الحرارة بتحرك الكتلة، أو بالدورات الداخلية للمادة.
ج- الإشعاع
الطريقة الثالثة لانتقال الحرارة، هي الإشعاع Radiation. وعلى خلاف الطريقتَين السابقتَين، التوصيل والحمل، اللتَين تتطلبان وسطاً، تنتقل خلاله الحرارة، فإن الإشعاع يسري في الفضاء. والإشعاع هو الآلية، التي تنتقل بها الطاقة من الشمس إلى الأرض، وبقية كواكب المجموعة الشمسية.
الخاتمة:-
نتوصل في النهاية إلى أن الحرارة مصدر من مصادر الطاقة المهمة في حياتنا وأنها مجموع الطاقة الحركية المكونة لجزئيات المادة.
فالانسان يحس بالحرارة في أي مكان يلجأ اليه ويمكن أن تنتقل الحرارة بطرق عديدة منها التوصيل ، الحمل والاشعاع ولاثبات هذه الطرق نستطيع القيام بتجارب توصلنا لاثبات والتحقق من هذه الطرق التي تنقل الحرارة.

المصدر :
http://www.tzafonet.org.il/kehil/water/atakatsha.html