نقل الطاقة الحرارية
- الطاقة الحرارية هي أول أشكال الطاقة التي يعرفها الإنسان، بغض النظر عما إذا كان قد توصل إلى أن ضوء الشمس هو أحد أشكال الطاقة هذه أم لا، وهو أيضًا وقت لم يتم فيه الوصول إلى طرق نقل الطاقة الحرارية.
- اكتشف الرجل الأول النار، وكانت معرفته الأولى بالطاقة هي إشعال النار، وكان هذا الاكتشاف من أهم أسباب تطور الإنسان إلى شكله الحالي، إلا أن الطاقة الحرارية لها دور كبير جدًا في حياتنا. في الوقت الحاضر.
- تستخدم في طهي الطعام، وتستخدم في توليد الطاقة الكهربائية في المحطات الحرارية، وتستخدم في آلات البخار، ومحركات الاحتراق الداخلي، والمحركات النفاثة والصواريخ.
- ومن أشكال أهمية الطاقة الحرارية القدرة على تحويلها إلى أشكال أخرى، مثل الطاقة الكهربائية، كما يحدث في محطات الطاقة الكهربائية، أو الطاقة الميكانيكية كما يحدث في السيارات، أو الطاقة الإشعاعية كما تحدث في النار.
طرق نقل الطاقة الحرارية
- لأهميتها استمرت دراسات الطاقة الحرارية ووضعت قوانين لها في القرن التاسع عشر.
- من بين الدراسات التي أجريت على الطاقة الحرارية وأهم فروعها وهو علم نقل الطاقة الحرارية، تمت دراسة هذا الفرع بأدق تفاصيله لتطوير طرق النقل من أجل تحقيق أقصى استفادة من الطاقة المنقولة، وتريندات بكفاءة الآلات التي تعمل بالطاقة الحرارية.
ولأن لكل علم أركانه وأصوله، فإن أهم أساسيات علم الطاقة الحرارية هي طرق انتقالها، وتنقسم إلى ثلاثة فروع على النحو التالي:
- نقل الطاقة الحرارية عن طريق التوصيل الشكل الأول لنقل الطاقة الحرارية هو انتقال التوصيل، ويمكن تصوير ذلك من خلال المثال التالي. بالتأكيد لمست شيئًا ساخنًا وشعرت بنقل الحرارة إلى يديك أو على طرف قطعة صلبة تلامس مصدرًا للحرارة وتفسير ذلك هو قدرة الطاقة الحرارية على النقل بالتوصيل، من أقصى درجات الحرارة إلى الطرف الأدنى في درجة الحرارة حتى يحدث ما يسمى بالتوازن الحراري، وهو معادلة درجة الحرارة في جميع أنحاء الجسم.
- نقل الطاقة الحرارية من خلال “الحمل الحراري” إذا كان التوصيل يفسر نقل الطاقة الحرارية في الأجسام الصلبة، فإن التوصيل يفسر انتقال الطاقة الحرارية عبر السوائل، ويمكن تمثيل ذلك في انتقال الحرارة من مصدر اللهب أو جسم حديدي ساخن، أو أي جسم له مصدر حرارة في تبادل الطاقة مع الهواء المحيط به ويحدث نقل الطاقة على النحو التالي: عندما تتحرك الطاقة إلى الجزء الأقرب لمصدر الحرارة، تنخفض كثافته، وهذا هو صفة عامة لجميع السوائل بشكل عام، وعندما تنخفض كثافتها وبالتالي تتحرك لأعلى وتدفع الجزء بعيدًا عن مصدر الطاقة لأسفل، وبالتالي يصبح الجزء الأقرب لمصدر الحرارة، وتبدأ في اكتساب الحرارة وكثافتها. يتناقص ويرتفع تدريجياً، يدفع الجزء العلوي إلى الأعلى، فيفقد حرارته وتنخفض درجة حرارته تدريجياً، وبالتالي يحدث التبادل بينهما ويبقى نقل الطاقة مستمراً، تنظيم ما يعرف بتيارات الحمل، ويمكن ملاحظة ذلك أيضًا عند وجود مصدر للهب، لذلك تجد أن الحرارة تتحرك في الهواء لأعلى.
- انتقال الطاقة الحرارية عن طريق الإشعاع: هو نقل الطاقة الحرارية من الشمس إلى الأرض، وهذا ما يفسر شعورنا بالحرارة من مصدر حراري إذا كنا قريبين منه، لأن أي مصدر حراري ينتج موجات إشعاعية بترددات مختلفة. التي تختلف حسب درجة الحرارة، وحتى جسم الإنسان لديه هذه الخاصية. وتنتج هذه الموجات التي تسمى الهالة المحيطة بالإنسان، وتتمثل خصائص هذه الموجات في أنها تمتلك القدرة على السفر عبر الفراغ، ولا تحتاج إلى وسيط للسفر وتتصادم هذه الموجات معها. أي جسم ينقلون هذه الحرارة إلى ذرات هذا الجسم، وبالتالي تشعرون بحرارة الشمس على الرغم من بُعدكم عنكم بملايين الأميال.
الفرق بين التوصيل والحمل والإشعاع
هذه الطرق هي طرق نقل الطاقة الحرارية ولكن هناك عدة اختلافات بينها وهي:
- التوصيل: تنتقل الطاقة عن طريق الاتصال بين المواد وبعضها البعض.
- الحمل: هي في سوائل وتتنقل بين السوائل وبعضها البعض، وينتقل انتقالها إلى اختلاف الكمية.
- الإشعاع: لا تحتاج هذه الحالة إلى وسيط تنتقل فيه الطاقة حيث تنتقل بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية وهذه الطريقة أسرع من الطرق الأخرى.
استخدامات الطاقة الحرارية
- للطاقة الحرارية استخدامات عديدة ولها تطبيقات عديدة ومختلفة ومن أهم الاستخدامات اليومية:
- تدفئة المنزل: يتم تدفئة المنازل بشكل طبيعي من خلال استخدام الطاقة الحرارية. يتم ذلك عن طريق بناء وتصميم منازل ذات منافذ واسعة تسمح لأشعة الشمس المباشرة من خلال هذه النوافذ الكبيرة. • صهر المعادن: يتم صهر المعادن وخاصة الحديد وذلك بحرق الفحم والنفط. • المركبات المتحركة: المركبات المختلفة مثل السيارات والقطارات والطائرات تتحرك من خلال الاحتراق الخارجي والداخلي. السخانات الشمسية: تستخدم الطاقة الحرارية في هذه السخانات التي توضع على أسطح المنازل التي تتصل ببعض الأنابيب المطلية للمياه. يجب أن تكون هذه الأنابيب مغطاة بزجاج عازل لامتصاص الحرارة والحفاظ عليها.
طاقة حرارية
- تعتبر الحرارة من أهم أشكال الطاقة المختلفة. يشير إلى مستوى حركة العناصر التي تشكل الكائنات. تنتقل الحرارة تلقائيًا من جسم إلى آخر، وهناك طرق مختلفة لنقل الطاقة الحرارية.
- حيث تنتقل الحرارة من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم الأقل حرارة حتى يتساوى الجسمان في درجة الحرارة.
- والطاقة الحرارية هي نوع من الطاقة معروف بين الناس.
- لما لها من ميزة كبيرة في التطور الذي يشهده العالم في العصور الحالية على مستوى الصناعات الحديثة والآلات والطاقة، حيث يتم إنتاج كميات مختلفة من الطاقة.
- يتم ذلك من خلال الطاقة الحرارية، والتي يتم إنتاجها عن طريق حرق الوقود الأحفوري، ويتم تحويلها في الخطوة الثانية إلى طاقات مختلفة.
مصادر الطاقة الحرارية
- هناك عدة مصادر للطاقة الحرارية يمكن الاعتماد عليها بشكل كامل وهي:
- الشمس: تعتبر المصدر الرئيسي والرئيسي للطاقة الحرارية، لأن الشمس توفر الحرارة اللازمة التي يحتاجها الكوكب.
- الفحم: مادة قابلة للاحتراق، حيث تتكون بشكل أساسي ومستمر من الكربون.
- الزيت: يتكون من مواد عضوية، ينتج عن احتراقه طاقة حرارية بكميات كبيرة وجودة عالية.
في النهاية، طرق نقل الطاقة الحرارية متعددة وتختلف من وسيط إلى آخر ويجب عمل كل طريقة. توجد فيه شروط معينة، لذلك يجب توفير هذه الشروط من أجل الحصول على الطاقة الحرارية المهمة في الحياة اليومية.