ما الطريقة التي تنتقل بها الحرارة في الفراغ

كيف يحدث انتقال الحرارة في الفراغ؟ تم طرح هذا السؤال على طلاب الصف الرابع في الفصل الدراسي الثاني للعلوم في المملكة العربية السعودية. ولهذا نقدم لكم اليوم الإجابة النموذجية بشكل مبسط ومفصل ونقدم أيضا تقريرا شاملا يجيب على جميع الأسئلة في هذا الدرس وحول هذا الموضوع. لذا أحضر قلمًا وورقة واستعد للدراسة. نعدك بأن الأمر سيكون ممتعًا هذه المرة، هل نوافق على ذلك؟ إذا هيا بنا!

تعريف الحرارة

• الحرارة والقوانين المرتبطة بها هي من القواعد الأساسية لنظام الحياة في هذا الكون.
• لذلك تعتبر قوانين الحرارة أساسًا مهمًا لمعظم العلوم الطبيعية الأخرى.
• ورغم أننا نادراً ما ندرك وجود الحرارة وتغيراتها وطريقة انتقالها، إلا أنها تحيط بنا وتتواجد في معظم دقائق وتفاصيل حياتنا.
• الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة وتنشأ على مستوى جزيئات المادة:
• عندما تمتص المادة كمية معينة من الطاقة، تبدأ جزيئاتها بالاهتزاز في أماكنها.
• ويحدث هذا حتى عندما تكون هذه الجسيمات ثابتة أو متحركة.
• تقوم هذه الجزيئات المهتزة بدورها بنقل الطاقة إلى الجزيئات المجاورة وتسبب اهتزازها أيضًا.
• كلما زادت الطاقة المنقولة إلى الجزيئات، زادت قوة الحركة التذبذبية.
• وعندما تصل طاقة هذه الجزيئات إلى مستوى معين (مثل نقطة الانصهار أو نقطة الغليان)، تتحرر من الروابط والقوى الداخلية التي تحدها.
• ثم تتغير مرحلته أو حالته الفيزيائية (أي من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، أو من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، الخ).

طريقة انتقال الحرارة في الفراغ

• يمكن نقل الطاقة الحرارية من مادة إلى أخرى.
• بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا نقل الطاقة الحرارية داخل نفس المادة إذا كان هناك اختلاف في درجة الحرارة.
• غالبًا ما يتم قياس درجات الحرارة بالدرجة المئوية أو الكلفن.
• يمكن أيضًا توليد الحرارة في نفس المادة نيابة عن مواد أخرى، وهذا يندرج تحت تحويل أشكال الطاقة (على سبيل المثال، من الحركية إلى الحرارية).
• بشكل عام، انتقال الحرارة ليس أكثر من تدفق الطاقة الحرارية بين الجزيئات الفردية بسبب اختلاف درجة الحرارة بينها.

لقد وجد العلماء أن انتقال العدوى يمكن أن يحدث على مستويين إضافيين:

1. عمل.
2. حاجز.

وبشكل أكثر تحديدًا، يمكن أن يتضمن نقل الحرارة بين وسطين أيضًا نقل الكتلة أو الشغل من أحدهما إلى الآخر.

فكرة للثلاجة

• تنتقل الحرارة عادةً في اتجاه واحد (وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية)، من الأجسام ذات درجة الحرارة المرتفعة إلى الأجسام ذات درجة الحرارة المنخفضة.
• لعكس العملية المذكورة أعلاه، يلزم وجود قوة خارجية تحاول نقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الأكثر سخونة.
• ومن الأمثلة الجيدة على إعادة النقل القسري هذه الثلاجة، حيث تمتص الثلاجة (بمساعدة الكهرباء) الحرارة من حجرة الثلاجة إلى نفسها (بيئة أكثر برودة) وتطلقها إلى البيئة (بيئة أكثر دفئًا).

طرق نقل الحرارة

يمكن نقل الحرارة بثلاث طرق رئيسية:

1. توصيل حراري.
2. النقل الحراري.
3. الإشعاع الحراري.

يتطلب كل من التوصيل والنقل وسطًا ماديًا لتنفيذ عملية النقل، على عكس نقل الحرارة الإشعاعي الذي لا يتطلب وسطًا ماديًا.

أي أن الطريقة التي تنتقل بها الحرارة في الفراغ هي الإشعاع الحراري. هذا هو الجواب على سؤالك.

الحرارة من خلال التوصيل	انتقال الحرارة من المشروب الساخن إلى اليدين.
الحرارة من خلال الحمل الحراري	نقل الحرارة عند تسخين الماء.
الحرارة من خلال الإشعاع	انتقال الحرارة من الشمس إلى الأرض.

انتقال الحرارة بالتوصيل

• يحدث التوصيل الحراري عندما تتلامس مادتان صلبتان عند درجات حرارة مختلفة.
• ثم تنتقل الحرارة من الجسم الأكثر حرارة إلى الجسم البارد حتى تتساوى درجات الحرارة بينهما.
• يمكن تعريف التوصيل الحراري بأنه نقل الحرارة عندما تصطدم جزيئات مادتين مختلفتين حرارياً.
• وإذا حدث هذا التصادم بين جزيئات المادة الأولى والثانية في منطقة التلامس، فإن جزيئات المادة الأكثر سخونة – والتي لها طاقة حركية كبيرة – تنقل جزءا من الطاقة الحركية إلى جزيئات المادة الأخرى ومن ثم ترفع درجة حرارتها .
• ويصطدم الأخير بجزيئات المادة نفسها وينقل الحرارة عبر أجزائها المختلفة.
• في الواقع، تختلف خصائص التوصيل من جسم إلى آخر.
• ويرجع ذلك إلى وجود مواد ذات موصلية حرارية عالية ومواد ذات موصلية حرارية منخفضة.
• فالمواد الصلبة، على سبيل المثال، موصلة للحرارة، تليها السوائل وأخيرًا الغازات.
• الغازات رديئة التوصيل للحرارة.
• في الواقع، تعتمد الموصلية على كثافة الجزيئات. تكون جزيئات المادة الصلبة متماسكة وكثيفة، على عكس جزيئات المادة الغازية التي تنتشر وتتشتت، وبالتالي فإن احتمال تصادم الجزيئات مع بعضها البعض أقل.

أمثلة على انتقال الحرارة بالتوصيل

ويمكن العثور على الأمثلة في جميع جوانب الحياة اليومية من حولنا، بما في ذلك:

1. نقل الحرارة من مشروب ساخن إلى يديك.
2. انتقال الحرارة من الكمادات الساخنة إلى عضلات الجسم.
3. نقل الحرارة من يديك إلى مكعب ثلج.

انتقال الحرارة بالحمل الحراري

• الحمل الحراري هو الطريقة السائدة لنقل الحرارة في السوائل والغازات.
• ويحدث ذلك عندما تدخل طبقات الغازات والسوائل الأكثر سخونة إلى طبقات أكثر برودة.
• وفي الوقت نفسه، تغوص الطبقات الباردة وتحل محل الفراغ الناتج عن مرور الطبقات الأكثر دفئًا.
• تشكل هذه الحركة المستمرة نمطًا ثابتًا من الارتفاع والانخفاض المستمر للطبقات الدافئة والباردة.

أمثلة على انتقال الحرارة بالحمل الحراري

فيما يتعلق بمسألة طريقة نقل الحرارة في الفراغ، يعد تسخين الماء مثالاً على التبادل الحراري المحمول أو المنقول:

1. تصل درجة حرارة الماء إلى نقطة الغليان (100 درجة مئوية).
2. تبدأ فقاعات الهواء بالتشكل في قاع المرجل.
3. يمكنك ملاحظة كيف تتحرك هذه الفقاعات نحو الطبقات العليا ويغوص الماء في الطبقات السفلية.

انتقال الحرارة بالإشعاع

• يتطلب كل من التسليم والنقل وسيلة مادية، كما هو مذكور أعلاه.
• يمكن أن تنتقل الحرارة بين الأجسام المختلفة عبر الوسط.
• وهذا هو الحال في الحالات السابقة، ولكن في هذه الحالة لا يتطلب إرسال الإشعاع وجود وسط مادي بين مصدر الحرارة والجسم المستقبل.
• ولذلك يمكننا أن نشعر بحرارة الشمس لأن الحرارة يمكن أن تنتشر في فراغ الفضاء من خلال الإشعاع الحراري.

أمثلة على انتقال الحرارة بالإشعاع

• الإشعاع الحراري، ويسمى أيضًا الأشعة تحت الحمراء، هو شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي.
• بشكل عام، يصف الإشعاع نقل الطاقة على شكل موجات كهرومغناطيسية بسرعة الضوء.
• لا يتطلب الأمر وسيلة مادية للإرسال والاستقبال، ولا يتطلب تبادل الكتل المادية.
• وهناك أمثلة كثيرة على ذلك، أبسطها وأكثرها توضيحا هو جسم صغير يشع طاقة حرارية في الفراغ.

تذكر أن تعليقات الموضوع أدناه مفتوحة لأسئلتك. لذا لا تتردد في تركهم للإجابة على السؤال المتعلق بكيفية انتقال الحرارة في الفراغ.