[123]

ابي تقرير فيز101
بأسرع مايمكن بليييز
عن الحرارة او الاجسام الصلبه و السائله و الغازيه


شكرا

[jody]

ya i want the same thing

[الورد الأحمر]

الحرارة
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. وذلك يشكل أساساً للنظر في التوزع الرأسي للحرارة، في الغلاف الغازي؛ وتوزعها الأفقي، على سطح الأرض.
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، مألوف لدى معظم الناس. فالقضيب المعدني، الذي طرفه في النار، سيسخن طرفه الآخر، بالتوصيل. والملعقة المعدنية، في القدر، يسخن مقبضها، بالتوصيل. والجدار الذي تسقط عليه أشعة الشمس، من الخارج، يسخن جانبه الداخلي، بالتوصيل. 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. ويكون سريان الحرارة دائماً من الطرف أو الجزء الدافئ، الأعلى حرارة، إلى الجزء الأبرد.

قدرة المواد على التوصيل الحراري، تختلف اختلافاً بيناً؛ فالمعادن، مثلاً، تعَد موصلات جيدة للحرارة؛ والهواء، موصل رديء جداً للحرارة. ويعتمد التوصيل الحراري، في المواد، على بناء جزيئاتها وترابطها (انظر جدول التوصيل الحراري لبعض المواد).

المواد الصلبة، كالمعادن، موصلات جيدة للحرارة؛ ولكن، قد يصعب الحكم على حرارة المعدن. فمثلاً، ملامسة صنبور ماء، معدني، بدرجة حرارة الغرفة، تعطي شعوراً بأنه أبرد كثيراً مما هو في الواقع. والسبب أن توصيل المعدن العالي للحرارة، يجعل جزيئاته، تنقل الحرارة إليه من أصابع اليد، بسرعة، مما يعطي شعوراً بالبرودة.

ولأن الهواء موصل رديء جداً للحرارة، فإن التوصيل الحراري لأي مادة، ينخفض بمقدار ما تحويه من فراغات وفقاقيع هوائية. وبسبب الانخفاض الشديد للتوصيل الحراري للهواء (انظر جدول التوصيل الحراري لبعض المواد)، فإن حرارة سطح الأرض، تُسَخِّن الطبقة الرقيقة فقط من الهواء (بضعة سنتيمترات)، الملامسة لسطح الأرض، بالتوصيل.

التوصيل الحراري، بصفته آلية من آليات انتقال الحرارة، هو أقلّها فاعلية، بالنسبة إلى الغلاف الغازي. لذا، لا يعار اهتماماً كبيراً، في غالب الأحوال، عند المتابعة المتيورولوجية لظاهرات الغلاف الغازي.

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. لذا، فهذه الطريقة، تحدث في الموائع فقط (وهذه تشمل السوائل، مثل مياه المحيطات؛ وتشمل الغازات، مثل الهواء)؛ وذلك لأن الموائع حرة الحركة، ومن السهل أن يحدث فيها تيارات حمل، تنقل الحرارة.

ويوضح المقصود بهذه الآلية، (انظر شكل انتقال الحرارة)، حيث إناء فيه ماء، يغلي على النار. تنتقل الحرارة، في البداية، من النار إلى قاع القدر (بالإشعاع)، ومنه تنتقل إلى الماء، الذي يلامسه (بالتوصيل). ومع ارتفاع حرارة الماء، في قاع القدر، يبدأ بالتمدد، وتنخفض كثافته، لتصبح أقلّ من كثافة الماء الأبرد منه، في أعلى القدر. وذلك يدفع الماء من القاع إلى أعلى، في تيارات حمل؛ ويندفع ماء أقلّ حرارة، من أعلى القدر إلى الأسفل (لأنه أثقل)، ليسخن ثم يعود إلى الأعلى. وما دام تسخين الماء غير متساوٍ، ومصدر الحرارة من الأسفل فقط، فإن الماء سيستمر في الدوران، مكوناً ما يسمى دورة الحمل Convective Circulation.

ومعظم الطاقة، التي تكتسبها غازات الغلاف الغازي، في الطبقة السفلى، القريبة من سطح الأرض، سواء التي تصل إليها بالإشعاع، أو تلك التي تكتسبها بالتوصيل الحراري من سطح الأرض ـ تنتقل بالحمل.

فالحمل، إذاً، يحدث طبيعياً في الغلاف الغازي؛ ففي يوم مشمس، دافئ، تكتسب بقع من سطح اليابس حرارة أكثر من الأجزاء المجاورة. ونتيجة لذلك، فإن الهواء الملامس لسطح الأرض، يسخن بشكل غير متساوٍ؛ إذ تكتسب جزيئاته، الملامسة لتلك البقع الأكثر سخونة، حرارة أكثر بالتوصيل الحراري. فيتمدد الهواء الساخن، ويصبح أقلّ كثافة من الهواء المحيط به، فيرتفع إلى الأعلى، ويحل محله هواء أبرد منه، من الجانبَين. وبهذه الطريقة، تتحرك فقاقيع كبيرة من الهواء الساخن إلى الأعلى حاملة معها الحرارة، بل الرطوبة كذلك. ولا يلبث الهواء البديل أن يسخن، فيتحرك إلى الأعلى.... وهكذا.

في المتيورولوجيا، يطلق على عملية الانتقال الرأسي للحرارة، بهذه الطريقة، الحمل Convection؛ وعلى الفقاقيع الهوائية الصاعدة، الحراريات Thermals. ولكن الهواء، يمكن أن يتحرك أفقياً أو رأسياً، فيحدث نقل أفقي أو رأسي للحرارة. ويطلق على التحرك الأفقي التأفق Advection، والتسمية الشائعة له الريح Wind.

وعلى المستوى العالمي، تتسبب تيارات الحمل بدورات هوائية كبيرة، حول العالم؛ هي المسؤولة عن إعادة توزيع الحرارة، بين الأقاليم الاستوائية والمدارية الحارة، وتلك القطبية المتجمدة.

ويستخدم طيارو الطيارات الشراعية، الفقاعات الهوائية الصاعدة (الحراريات)، للتحليق عالياً في الفضاء، ويظل الطيار ينتقل من فقاعة إلى أخرى. وإذا كان الهواء في الحراريات الصاعدة رطباً، فإنه يؤدي تكوّن السحب الركامية Cumulus Clouds. وبما أن تكوّن هذا النوع من السحب، مرتبط بالهواء الصاعد والهابط، فإن الطيارين، يفضلون دائماً التحليق فوقها، على المرور من تحتها، من أجل راحة الركاب، وخاصة في الطائرات الصغيرة.

ج- الإشعاع

الطريقة الثالثة لانتقال الحرارة، هي الإشعاع Radiation، المنبعث من جسم مشع، في جميع الاتجاهات. 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 (انظر شكل الطاقة الشمسية). جميع الموجات الإشعاعية، تنتقل في الفضاء بسرعة 300 ألف كيلو متر، في الثانية (سرعة الضوء)؛ ولا تنقص سرعتها، عند سريانها في الغلاف الغازي، إلا قليلاً جداً. وتنتقل الطاقة داخل جهاز الميكروويف، فتسخن الغذاء، بالإشعاع.

جميع الأشياء، التي درجة حرارتها فوق الصفر المطلق، بغض النظر عن كبرها أو صغرها، تطلق طاقة إشعاعية. فالنار، وجسم الإنسان، والأشجار، والهواء، والأرض، والنجوم، كلها تشع نطاقاً عريضاً من الموجات الإشعاعية. إذ الإنسان الجالس أمام النار، في العراء، في يوم بارد (انظر شكل الانتقال الإشعاعي للحرارة)، يشعر بحرارة النار، تلفح وجهه وتدفئه؛ على الرغم من برودة الهواء خلفه. فالطاقة تنتقل إليه من النار، بالإشعاع، فيمتصها جسده، ويحولها إلى طاقة حرارية، تُشعره بالدفء. الطاقة المنطلقة من النار، في هذه الحالة، طاقة إشعاعية، وتنتقل على شكل موجات، مختلفة الطول، يطلق عليها الموجات الكهرومغناطيسية Electromagnetic Waves (انظر شكل الطيف الكهرومغناطيسي). أطوالها. ويقاس طول الموجة بالميكرومتر μm، الذي يساوي جزءاً من مليون جزء، من المتر:

1 ميكرومتر μm = 0.000001 متر = 10-6م

ولا ترى عين الإنسان، إلا نطاقاً ضيقاً من الطيف الكهرومغناطيسي، يطلق عليه الطيف المرئي. ويناهز متوسط طول الأشعة المرئية الضوئية نصف ميكرومتر.

ويعتمد طول الموجات، التي يشعها أي جسم، على درجة حرارته. فكلما كانت درجة حرارة الجسم أعلى، كانت الموجات أقصر، وطاقتها أكثر. ويتوقف الجسم عن الإشعاع، عند درجة الصفر المطلق. ويعبَّر عن ذلك، عادة، بقانون ستيفان بولتزمان Stefan-Boltzman Law:

R = σ* T4



R = أقصى معدل للإشعاع من كل سنتيمتر مربع، من سطح المادة.

T = درجة حرارة سطح الجسم، بمقياس كالفن.

ويقول القانون إن أي جسم، درجة حرارته فوق الصفر المطلق (-273.16 مئوية)، تنطلق منه الأشعة، بمعدل منسوب للقوة الرابعة لدرجة حرارته المطلقة (بمقياس كالفن).

ولا يقتصر إشعاع الأجسام على طول موجي واحد، بل تطلق نطاقاً عريضاً من الأشعة، بأطوال موجات مختلفة. ولكن، قد يتركز الحد الأقصى للإشعاع من الجسم، في طول موجي محدد. ويعبِّر عن ذلك قانون واين Wien’s Law، الذي يقول إن أقصى إشعاع للطاقة من الجسم، يحدث بطول موجة منسوب، عكسياً، إلى درجة حرارته، بمقياس كالفن:



λmax =
Constant

T




λmax = طول موجة الإشعاع الأقصى للطاقة، بالميكرومتر.

T = درجة حرارة الجسم، بمقياس كالفن.

Constant = ثابت = 2892، أو تقريباً 3000.

فإذا كانت درجة حرارة الغلاف الخارجي للشمس، تقدر بنحو 6آلاف كالفن، فإن طول موجة الإشعاع الأقصى من الشمس، يمكن حسابها كالتالي:

طول موجة الإشعاع الأقصى للشمس λmax = 3000/6000 = 0.5 ميكرومتر.

وتشع الأرض، التي يقدَّر متوسط درجة حرارة سطحها بنحو 300 كالفن، أكبر كمية من الطاقة، بطول موجة، يصل إلى 10 ميكرومترات، λmax = 3000/300 = 10 ميكرومترات (انظر شكل الموجات الإشعاعية).

الأرض، إذاً، ترسل معظم أشعتها، بموجات أطول من تلك التي ترسل بها الشمس أشعتها. لذا، يطلق على الإشعاع الأرضي، غالباً، طويل الموجة Long Wave Radiation وعلى الإشعاع الشمسي قصير الموجة Short Wave Radiation.

والجزء، الذي يدركه بصر الإنسان من الطيف الإشعاعي، محدود جداً، نسبة إلى أطوال الموجات في الطيف الكهرومغناطيسي (انظر شكل الطيف الكهرومغناطيسي)؛ ويُسمى الطيف المرئي، أو الضوء المرئي Visible Light، أو الأشعة المرئية. والضوء المرئي، على الرغم من أنه يبدو أبيض، إلا أنه، في الواقع، حزمة من الألوان، تمتد من البنفسجي، بطول موجة 0.4 ميكرومتر، إلى الأحمر، بطول موجة 0.7 ميكرومتر. في الطيف الكهرومغناطيسي، الأشعة المجاورة للحمراء، أطول منها موجة قليلاً؛ وتسمى الأشعة تحت الحمراء؛ ولا يراها الإنسان، ولكنه يشعر بحرارتها. وعلى الطرف الآخر للطيف المرئي، الأشعة فوق البنفسجية أقصر موجة قليلاً من الأشعة البنفسجية، ولا تراها عين الإنسان؛ وهي المسببة للحروق الجلدية، عند التعرض للشمس، مدة طويلة. ومعظم الأشعة الصادرة عن الشمس، مركزة في النطاق المرئي وما حوله؛ ولكنها تمتد، لتشمل الطيف الكهرومغناطيسي كله. 43% من الطاقة الإشعاعية، الصادرة عن الشمس، تشع بطول موجات في النطاق المرئي الضيق يراوح بين 0.4 و0.7 ميكرومتر. وتبلغ هذه النسبة 7%، في نطاق الأشعة فوق البنفسجية؛ و37%، في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة؛ و11%، في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة، وأقلّ من 1%، في نطاق الأشعة السينية، وأشعة جاما، والأشعة الراديوية.

هذا المدى العريض، في أطوال الأشعة الكهرومغناطيسية القادمة من الشمس، يتيح لمكونات الغلاف الغازي حول الأرض، وما فيها من عوالق، أن تمنع بعض أنواع الأشعة، بأطوال موجات معينة، من الوصول إلى الأرض. وبالمثل، قد تمنع بعض الأشعة الصادرة عن الأرض، من الخروج إلى الفضاء الخارجي. ويؤثر ذلك في كثير من الظاهرات، الميتورولوجية والمناخية والبيئية، على سطح الأرض؛ إذ يرفع درجة حرارة الغلاف الغازي (انظر شكل امتصاصية الغلاف الغازي).

ومن رحمة الله بالمخلوقات الحية على الأرض، أن غازَي الأكسجين والأوزون، يمتصان كلَّ الأشعة فوق البنفسجية، المضرة بالأحياء، القادمة من الشمس، قبل وصولها إلى سطح الأرض؛ بينما تواصل الأشعة المرئية رحلتها إلى سطح الأرض. وفي نطاق الإشعاع الأرضي طويل الموجة، الخارج من الأرض إلى الفضاء، يوجد ما يسمى بالنافذة الجوية للأشعة تحت الحمراء، التي يراوح مداه، في الطيف الكهرومغناطيسي، بين 8 ميكرومترات و11 ميكرومتراً؛ ولا يحدث فيه إلا القليل من الامتصاص لتلك الأشعة. وتساعد النافذة الأرض على استقرار ميزانيتها الحرارية؛ إذ تتيح لها التخلص من فائض الطاقة. كما تستخدم هذه النافذة بشكل واسع، في عمليات الاستشعار عن بعد، لرصد مظاهر سطح الأرض.



--------------------------------------------------------------------------------

* هي ثابت ستيفان بولتزمان وتأخذ القيمة 8.13 × 10-11 كالوري/سم2 K4 دقيقة



ملحق / مقاييس درجة الحرارة

مقاييس درجة الحرارة (انظر شكل مقاييس درجة الحرارة)

يوجد ستة مقاييس لدرجة الحرارة، شاع استخدام ثلاثة منها، هي:

كالفن، وهو مقياس ثيرموديناميكي؛ والمقياس المئوي؛ ويستخدمان في الأغراض العلمية. والمقياس الفهرنهايتي، وهو أقل شيوعاً من سابقَيه (لمزيد من التفصيل عن هذه المقاييس، انظر المتن).

وثلاثة مقاييس أخرى، غير شائعة الاستخدام، هي:

مقياس رانكاين Rankine Scale

ويعتمد في قياس درجة الحرارة، على المقياس الفهرنهايتي. ويعبّر عنه بدرجات رانكاين Rْ. وهي تساوي الدرجات الفهرنهايتية؛ إلا أن درجة صفر رانكاين = الصفر المطلق = -459.69 فهرنهايت. وينسب هذا المقياس إلى المهندس الأسكتلندي، ويليام جوهن فرانكلين William John Frankline (1820 ـ 1872).

مقياس رايمور Reaumur Scale

يعبَّر فيه عن درجات الحرارة بدرجات رايمور Rْ. ونقطتا الضبط فيه، هما: درجة ذوبان الثلج، وتساوي صفر رايمور Rْ؛ ودرجة غليان الماء، وتساوي 80ْ رايمور. وينسب إلى العالم الفرنسي رين أنطوني رايمور Rene Antoine Reaumur.

المقياس العملي العالمي لدرجات الحرارة International Practical Temperature Scale

ويقوم القياس فيه على إحدى عشرة نقطة ضبط. وهي النقاط التي توجد بها عناصر مختارة، في حالاتها الثلاث (الغازية، والسائلة، والصلبة)، ويطلق عليها النقطة الثلاثية Triple Pointe، عند ضغط معين من هذه العناصر: الهيدروجين، والأكسجين، والماء، والزنك، والفضة، والذهب. وقد حددت النقطة الثلاثية للماء، عند 273.16؛ ودرجة الغليان، عند 373.15.




--------------------------------------------------------------------------------

[خلف الجميلي]

شكرا لك يا أخي الفاضل الورد الأحمر

[محمد أبوعمه]

الورد الاحمر ماشاء الله عليك وتستاهل كل خير

[* عاشق السراب *]

رائئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئئع

[المنصوريه]

اشكرك جدا
انقذتني

[zainabزز]

مرحبا ....
انا محتاجة مساعدة ضرورية ممكن .....
عندي مسألة ومحتاجة الى الحل او حتى القانون او الطريقة لحلها وهي

برج سكني ارتفاع الدور الواحد فية ثلاثة امتار وضح في اي الادوار يكون الضغط الجوي اقل بمقدار 2بالمئة من قيمته في الدور الارضي رقم (1) ؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟
على فكرة هذة مسألة على توزيع بولتزمان ....حيث ان Heff= 800 mوهي المسافة التي يتناقص عندها الضغط الجوي

وانا بكون شاكرة كثير لمن يحلها

[نجمة سما]

الله يجزيك الف خير

[al ameed]

[rainbow] شـكــ وبارك الله فيك ـــرا لك ... لك مني أجمل تحية . [/rainbow]