ما الطريقة التي تنتقل بها الحرارة في الفراغ

كيف تنتقل الحرارة في الفراغ؟ تم طرح هذا السؤال في مادة العلوم في الفصل الدراسي الثاني لطلاب الصف الرابع الابتدائي في المملكة العربية السعودية، لذا نقدم اليوم الإجابة النموذجية لهم بشكل مبسط ومفصل، إلى جانب تقديم تغطية شاملة ذلك يجيب على جميع الأسئلة في هذا الدرس وحول هذا الموضوع. لذا أحضر قلمًا وورقة واستعد للدراسة. نعدك بأن الأمر سيكون ممتعًا هذه المرة، أليس كذلك؟ حسنا، دعنا نذهب!

تعريف الحرارة

• تعتبر الحرارة والقوانين المرتبطة بها من القواعد الأساسية لنظام الحياة في هذا العالم.
• ولذلك فإن قوانين الحرارة تعتبر أساسًا مهمًا لمعظم العلوم الفيزيائية الأخرى.
• ورغم أننا نادراً ما ندرك وجود الحرارة وتغيراتها وكيفية انتقالها، إلا أنها تحيط بنا وتتواجد في معظم دقائق وتفاصيل حياتنا.
• الحرارة هي شكل من أشكال ويتم توليدها على المستوى الجزيئي:
• عندما تتلقى مادة ما طاقة بكمية معينة، تبدأ جزيئاتها بالتذبذب في أماكنها.
• ويحدث هذا حتى لو كانت هذه الجسيمات ثابتة أو متحركة.
• تقوم هذه الجزيئات المهتزة بدورها بنقل الطاقة إلى الجزيئات القريبة، مما يجعلها تهتز أيضًا.
• كلما زادت الطاقة التي تنتقل إلى الجزيئات، زادت شدة الحركة التذبذبية.
• عندما تصل طاقة هذه الجزيئات إلى مستوى معين (مثل نقطة الانصهار أو نقطة الانصهار)، فإنها تتحرر من الروابط والقوى الداخلية التي تقيدها.
• ثم يغير مرحلته أو حالته الفيزيائية (أي من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة أو من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية وهكذا).

طريقة انتقال الحرارة في الفراغ

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

وقد وجد الباحثون أن انتقال العدوى يمكن أن يحدث على مستويين آخرين:

1. عمل.
2. حاجز.

بمعنى أدق، يمكن أن يكون أيضًا بين وسطين مصحوبًا بنقل الكتلة أو الشغل من أحدهما إلى الآخر.

فكرة الثلاجة

• تنتقل الحرارة عادةً في اتجاه واحد (وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية)، من الأجسام ذات درجة الحرارة الأعلى إلى الأجسام ذات درجة الحرارة الأقل.
• لعكس العملية المذكورة أعلاه، يلزم وجود قوة خارجية تبذل جهدًا لنقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الأكثر سخونة.
• ومن الأمثلة الجيدة على هذا النقل العكسي القسري الثلاجة، حيث تمتص الثلاجة (بمساعدة الكهرباء) الحرارة من جزء التبريد بداخلها (بيئة أكثر برودة) وتعيدها إليها (بيئة أكثر دفئًا).

طرق نقل الحرارة

يمكن نقل الحرارة بثلاث طرق رئيسية:

1. توصيل حراري.
2. انتقال الحرارة.
3. الإشعاع الحراري.

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

أي أن كيفية انتقال الحرارة في الفراغ هي الإشعاع الحراري. هذا هو الجواب على سؤالك.

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 الاصطدام بين جزيئات المادة الأولى والثانية عند السطح البيني، فإن جزيئات المادة الأكثر سخونة -التي لها طاقة حركية كبيرة- تنقل بعضا من الطاقة الحركية إلى جزيئات المادة الثانية، وبالتالي ترفع درجة حرارتها.
• ويصطدم الأخير بجزيئات المادة نفسها وينقل الحرارة عبر أجزائها المختلفة.
• في الواقع، تختلف خاصية التوصيل من جسم إلى آخر.
• ويرجع ذلك إلى وجود مواد ذات موصلية حرارية عالية ومواد ذات موصلية حرارية منخفضة.
• على سبيل المثال، المواد الصلبة هي موصلات للحرارة، تليها السوائل وأخيرا الغازات.
• الغازات رديئة التوصيل للحرارة.
• تعتمد الموصلية في الواقع على كثافة الجزيئات، فالجزيئات الموجودة في المادة الصلبة تكون متماسكة وكثيفة، على عكس الجزيئات الموجودة في المادة الغازية، والتي تنتشر وتنتشر، وبالتالي فإن احتمال تصادم الجزيئات مع بعضها البعض أقل.

مثال على انتقال الحرارة بالتوصيل

ويمكن رؤية 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 اليدين إلى مكعب من الثلج.

انتقال الحرارة بالحمل الحراري

• الحمل الحراري هو الطريقة السائدة لنقل الحرارة في السوائل والغازات.
• ويحدث ذلك عندما تنتقل طبقات الغازات والسوائل الأكثر سخونة إلى طبقات أكثر برودة.
• وفي نفس الوقت تنحدر الطبقات الباردة لتحل محل الفراغ الذي يتركه مرور الطبقات الدافئة.
• تشكل هذه الحركة المستمرة نمطًا ثابتًا من الارتفاع والانخفاض المستمر للطبقات الدافئة والباردة.

مثال على انتقال الحرارة بالحمل الحراري

وفي سياق الحديث عن مسألة الطريقة التي يتم بها نقل الحرارة في الفراغ، مثال على التبادل الحراري المحمول أو المنقول هو تسخين الماء:

1. تصل درجة حرارة الماء إلى نقطة الغليان (100 درجة مئوية).
2. تبدأ فقاعات الهواء بالتشكل في قاع الإناء الساخن.
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.
• من خلال الوسط، يمكن نقل الحرارة بين الأجسام المختلفة.
• هذا في الحالات السابقة، أما في هذه الحالة فإن انتقال الإشعاع لا يتطلب وجود وسط مادي بين مصدر الحرارة والجسم المستقبل.
• ولذلك يمكننا أن نشعر بحرارة الشمس، لأن الحرارة يمكن أن تنتشر في الفراغ عن طريق الإشعاع الحراري.

مثال على انتقال الحرارة بالإشعاع

• الإشعاع الحراري، المعروف أيضًا باسم الأشعة تحت الحمراء، هو شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي.
• وبشكل عام، يصف الإشعاع نقل الطاقة على شكل موجات كهرومغناطيسية بسرعة الضوء.
• ولا يتطلب وسيلة مادية للإرسال والاستقبال، ولا يتطلب تبادل الكتل المادية.
• هناك العديد من الأمثلة على ذلك، أبسطها وأكثرها توضيحًا هو جسم صغير يشع طاقة حرارية في الفراغ.

وتذكر أن تعليقات الموضوع مفتوحة أدناه لأسئلتك، فلا تتردد في تركها بخصوص إجابة سؤال كيفية انتقال الحرارة في الفراغ.