مقدمة موضوع عن الحرارة
بحث عن قياس درجة الحرارة الحرارة هي أحد أهم أشكال الطاقة التي تشكل عاملا من عوامل الحفاظ على استمرارية الحياة ، حيث أن الطبيعة الحرارية لكوكب الأرض تعد من أهم المميزات التي منحها له الله حتى يكون كوكبا قابلا لنشوء الحياة بأشكالها المتنوعة من كائنات و حيوانات و نباتات إلى الإنسان الذي أقام العديد من الحضارات .
و تشكل الحرارة اهمية قصوى حيث أن الكواكب الأخرى إما تكون حرارتها مرتفعة بشكل كبير لا يسمح بوجود الحياة و إما تكون الحرارة منخفضة بشكل كبير لا يقبل استمرار الحياة أيضا ، بينما الحرارة في كوكب الارض من أكثر أشكال الطاقة تميزا حيث أن هناك تعدد و تنوع في الحرارة حسب المناطق الجغرافية المختلفة و تتوزع الحرارة في الارض بشكل يساعد على تنوع أشكال الحياة .
و في هذا البحث سوف نتحدث عن الحرارة و سوف نقوم بعرض العديد من الموضوعات المتعلقة بها حيث اننا سوف نعرض تعريف الحرارة و الحرارة النوعية للمواد و الخواص الحرارية للعناصر و كيفية قياس كمية الحرارة و أنواع مقاييس الحرارة المختلفة و درجة الحرارة و وحداتها و كيفية توصيل الحرارة .
تعريف الحرارة
توجد العديد من التعريفات المختلفة للحرارة و لكن يتم تعريف الحرارة في علوم الكيمياء و الفيزياء على أنها شكل من أشكال الطاقة المختلفة ، يوجد العديد من الطرق المختلفة للحصول على الحرارة و توليدها و أهم المصادر على الإطلاق الذي يمد الأرض بالحرارة اللازمة لاستمرار جميع الانشطة و النظام الدقيق للحياة بشكل طبيعي هى الشمس حيث يستمد كوكب الأرض الحرارة و الضوء من الشمس و تعتبر هى القوى التي تحرك جميع الأنشطة على كوكب الأرض.
أيضا هناك وسائل يستخدمها الإنسان لتوليد الحرارة من أجل استغلالها في العديد من الأمور ومن هذه الوسائل التفاعلات الكيماوية المختلفة مثل الاحتراق الذى ينتج عنه كمية معينة من الحرارة و أيضا التفاعلات النووية مثل الانشطار النووي و الاندماج النووي الذي ينتج عنه كميات ضخمة من الطاقة و تحدث هذه التفاعلات النووية في الشمس باستمرار كما يمكن توليد الحرارة من خلال الحركة مثل الحرارة التي يتم إنتاجها من خلال الاحتكاك.
و من خواص الحرارة هى القدرة على الانتقال بين الأجسام من خلال التوصيل الحراري أو الإشعاع أو الحمل الحراري ، و تنتقل الحرارة من الجسم الاعلى حرارة إلى الجسم الأقل منه في درجة الحرارة حيث أن درجة الحرارة هى المقياس بين مدى برودة الجسم أو سخونته و الحرارة هى التي تحدد اتجاه انتقال الحرارة بشكل تلقائي إلا انه يمكن عكس اتجاهها من خلال بذل جهد مناسب .
*اقرا ايضا بحث كامل عن الشحنة الكهربائية
الحرارة النوعية للمواد
تمى بالحرارة النوعية لأنها تختلف من مادة إلى مادة أخرى أي أنها تعتمد على نوع المادة و لهذا سميت بالحرارة النوعية ، ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الحرارة تنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم البارد و لا يمكن أن يحدث العكس ، كما أن انتقال الحرارة بين الجسمين يستمر إلى أن تتساوى درجة حرارة الجسمين و يصلان إلى مستوى يسمى التوازن الحراري .
و تقول المعادلات الخاصة بالحرارة النوعية للمواد إن التغير الحاصل في الكمية الخاصة بحرارة الجسم تساوي حاصل ضرب حرارة الجسم النوعية X كتلة الجسم X التغير في درجة حرارة الجسم ، كما انه يوجد نوعين من الحرارة النوعية للجسم و هم الحرارة النوعية عند الضغط الثابت و الحرارة النوعية عند الحجم الثابت ، و يظهر الفرق بين النوعين في المواد الغازية ، أما في المواد السائلة و المواد الصلبة فلا يوجد فرق بين هذين النوعين من الحرارة النوعية .
الخواص الحرارية للعناصر
يوجد العديد من الخواص الحرارية المميزة للعديد من العناصر والمواد المختلفة المتواجدة في الطبيعة ، و تكمن اهمية الخواص الحرارية للمواد و العناصر إلى كونها تمد المتعامل مع هذه العناصر و المواد بالمعلومات التي تمكنه من التعامل معها بشكل سليم بحيث يستطيع استغلالها بشكل صحيح في مختلف النواحي و الاستخدامات .
و من امثلة الخواص الحرارية للعناصر هى درجة حرارة الانصهار و درجة حرارة التبخر و تختلف هذه الدرجات من مادة إلى أخرى و يتم قياسها من خلال وحدة جول / كيلوجرام أو جول / مول ، و من الخواص الحرارية للعناصر أيضا هى نقطة الانصهار و نقطة التبخر و تختلف أيضا على حسب نوع المادة الخاضعة للاستعمال و يتم قياسها من خلال وحدة الدرجة المئوية أو الكلفن.
و قدمت الدراسات العلمية و الأبحاث المتقدمة العديد من الاكتشافات الخاصة بالحرارة حيث قدم لنا علم الترموديناميكا العديد من الاكتشافات الخاصة بـ الخواص الحرارية مثل الانتروبيا و الإنثالبي كما تم اكتشاف إمكانية تحويل الحرارة إلى شغل ميكانيكي و حركة و التي نتج عنها اختراع المحرك الداخلي الاحتراق أو الاعمال الكيميائية مثل ما يحدث في الخلايا الخاصة بالوقود .
كيفية قياس كمية الحرارة
يمكن أن نقوم بقياس كمية الحرارة التي يتم نقلها خلال العمليات المختلفة سواء كانت كيميائية أو تجارب علمية أو الخاصة بالاستخدامات الصناعية المختلفة ، و يتم حساب كمية الحرارة التي يتم نقلها من خلال الاعتماد على الخواص الحرارية المختلفة للمواد ، يتم الإشارة إلى كمية الحرارة التي يتم نقلها غالبا بالرمز Q و يتم قياسها من خلال استخدام جهاز الكالوري متر و من خلال هذه الطريقة توصل العلماء إلى طريقة لفهم كمية الحرارة .
و يتم قياس كمية الحرارة المنتقلة في جسم ما من خلال قياس التغير في درجة الحرارة الخاصة بهذا الجسم أو ملاحظة التغير في حجمه او طوله او طوره مثل ما يحدث عن انصهار الثلج ، و تعتمد طرق قياس كمية الحرارة غير المباشرة وهى الطريقة الحسابية التي تعتمد على الكثير من النظريات المتعلقة بالحرارة على قانون بقاء الطاقة و في بعض الحالات يتم الاعتماد على القانون الثاني للديناميكا الحرارية .
أنواع مقاييس الحرارة
يسمى المقياس أو الاداة المستخدمة في قياس درجة الحرارة في الجسم أو في الغرفة بالمحرار أو بالترمومتر ، توجد من هذه الاداة العديد من الأنواع التي يعتمد أغلبها على التغير الذي يحدث للسائل الذي تحتويه و يكون في الغالب الزئبق عندما يتم تعرضه لدرجة حرارة معينة او المقاومة الكهربية مع درجة حرارة معينة أو من خلال تغير حجم غاز من خلال تمدده بشكل ما عند التعرض لدرجة حرارة مرتفعة ، و يتم قياس درجة الحرارة بوحدات مختلفة مثل الكلفن أو الدرجة المئوية والفهرنهايت.
و من أهم أنواع مقاييس الحرارة هو الترمومتر السائلي وهو اكثر الانواع شهرة و انتشارا و يعتمد هذا النوع على تمدد السائل الذي يحتويه عندما يتعرض للحرارة حيث يحتوي هذا الترمومتر على أنبوب دقيق يحتوي على سائل معين في الترمومتر المستخدم لدرجات الحرارة المرتفعة يكون السائل زئبق وفي الترمومتر المستخدم لدرجات الحرارة المتدنية يكون السائل كحول.
هناك أيضا نوع خاص من موازين الحرارة و هى موازين الحرارة القصوى و هى عبارة عن مقاييس سائلة تقوم بتسجيل درجة الحرارة القصوى أو الدنيا التي تم الوصول إليها في فترة زمنية محددة تحتوي هذه المقاييس على مؤشر معدني او زجاجي يتحرك لأعلى أو لأسفل و يتم إعادة ضبطه من خلال مغناطيس ، يوجد نوع آخر من مقاييس الحرارة و الذي ظهر مع التطور الكبير للتقنيات و هو الترمومتر الكهربي حيث يعتمد على المقاومة الكهربية التي تحدث في الأسلاك .
درجة الحرارة و وحداتها
درجة الحرارة هى التعبير الرقمي والعددي أو البياني لمقدار سخونة أو برودة جسم ما بحيث يتم تعريف الحرارة بأنها عبارة عن معدل حركة الجزيئات داخل المادة حيث انه كلما زادت الحرارة تزيد حركة الجزيئات داخل المادة وعندما تزيد حركة الجزيئات فإن حرارة الجسم ترتفع و عندما تبطئ حركة الجزيئات تنخفض حرارة الجسم ، و اما عن الوحدات المستخدمة للتعبير عن درجة الحرارة و تستخدم في قياسها فإنها عبارة عن ثلاث وحدات رئيسية .
الفهرنهايت هى احد الوحدات المستخدمة في قياس درجة الحرارة و تمت تسميتها هكذا نسبة إلى العالم الألماني دانيال فهرنهايت الذي اكتشف أن الماء يتجمد عند درجة 32 فهرنهايت بيتنا يغلي عند درجة 212 فهرنهايت و يتم استخدام هذه الوحدة في الولايات المتحدة الأمريكية وعدة دول أخرى .
الدرجة المئوية و هى الوحدة المستخدمة لقياس درجة الحرارة و تسمى أيضا سيليسيوس و سميت هكذا نسبة إلى العالم السويدي أندرية سيليسيوس الذي اكتشفها حيث لاحظ أن نقطة غليان الماء هي 100 درجة مئوية بينما درجة تجمده 0 مئوية و تستخدم هذه الوحدة في العديد من البلدان التي تتبع النظام المتري في القياس ، الكلفن و هى أحد الوحدات التي يتم استخدامها لقياس درجة الحرارة و هى من اكتشاف العالم البريطاني ويليام طومسون أو اللورد كلفن و سميت هذه الوحدة نسبة إليه .
كيفية توصيل الحرارة
تنتقل الحرارة كما ذكرنا من الوسط أو الجسم الذي تكون حرارته مرتفعة الى الوسط او الجسم الذي تكون حرارته منخفضة مثلها مثل غيرها من الكميات الفيزيائية و تنتقل الحرارة من خلال طرق مختلفة للتوصيل ، أول طريقة توصيل الحرارة هى طريقة التوصيل و التي تحدث عندما تكون جزيئات المواد الصلبة او المواد السائلة متجاورة لبعضها البعض فإن الاهتزازات التي تحدث في الجزيئات تنتقل إلى بعضها.
الطريقة الثانية لتوصيل الحرارة هى الحمل و هى تختص بها السوائل و الغازات حيث أنها عندما يتم تسخين الغازات و السوائل فإنه يحدث اختلاف في الكثافة بحيث يرتفع ذو الكثافة الأقل إلى الاعلى و يحمل معه الطاقة المختزنة في داخله و يقوم بنقلها إلى جزيئات أخرى ، الطريقة الثالثة لتوصيل الحرارة هى الإشعاع بحيث تنتقل الحرارة عبر الفراغ على شكل حزم ضوئية و هذا ما يتم من خلاله انتقال الحرارة من الشمس إلينا .
خاتمة قصيرة عن الحرارة
تحدثنا في هذا البحث عن الحرارة و قمنا بعرض العديد من النقاط المتعلقة بالحرارة حيث عرضنا تعريف الحرارة و الحرارة النوعية للمواد و الخواص الحرارية للعناصر و غيرها من المواضيع الهامة ، و في نهاية البحث نتمنى ان يكون قد نال إعجابكم .