الطاقة الحرارية 2013/03/07

روبين امحمد- الصف اولى ثانوى
عندما تكتسب المادة حرارة ترتفع طاقة الحركة لجزيئاتها وتظهر في صورة طاقة حرارية ¡ وتخفض افتقاد جسم للحرارة من طاقة حركة جزيئاته. فاطاقة الحرارية هي طاقة حركية وتلك الحركة تظهر كحركة عشوائية لجزيئات المادة في الغازات والسوائل ¡ وحركة اهتزازية للشبكة البلورية للمادة الصلبة وينقلها ما يسمى فوتون.
إذا كانت الطاقة الحركية لجميع جزيئات مادة ما مساوية للصفر ¡ فتكون درجة حرارته عند الصفر المطلق حيث الكتلة m والحرارة النوعية c دائما لا تصلان إلى الصفر . ومقياس درجة الحرارة هي كلفن وهي المرجع لمقاييس درجة الحرارة مثل الدرجة المئوية أو الدرجة فاهرنهيت. درجة الصفر المطلق هي -16 و273 بدرجة الحرارة المئوية.
التوازن الحراري
إذا اختلط نظامين مختلفة درجة حرارتهما تساوت درجة حرارتهما عن طريق تبادل حراري. وهذ التوازن يجري من نفسه ¡ ولا يمكن انتقال حرارة من جسم بارد إلى جسم ساخن. وتلك الظاهرة المعروفة معرفة في القانون الثاني للديناميكا الحرارية ¡ وهو أحد قوانين الترموديناميكا. ويستمر انتقال الحرارة في المخلوط حتى تتساوى درجة الحرارة في جميع أجزائه ويصبح في حالة توازن حراري. وتلك العملية تسمى انتقال الحرارة.
العلاقة بين الحرارة ودرجة الحرارةفي تعبيراتنا الدارجة نسمى الطاقة الحرارية حرارة ونخلط بينها أحيانا بدرجة الحرارة. فمثلا عند تسخين الثلج يكتسب الثلج حرارة في هيئة حرارة انصهار من دون أن ترتفع درجة حرارته. ونرى بالمشاهدة أنه طالما وجد الثلج مع الماء فإن درجة حرارتهما تكون مساوية لدرجة الصفر المئوي ¡ ويظل الثلج يكتسب حرارة وينصهر إلى ماء من دون أن تتغير درجة حرارة المخلوط. ذلك لأن المحتوي الحراري للثلج يختلف عن المحتوي الحراري للماء ¡ ونقول أن الطاقة الداخلية لهما مختلفة. وتسمى عملية كهذة ينتقل فيها نظام (قطعة الثلج) إلى طور آخر وهو الماء بأنها تحول طوري.
الطاقة الحرارية والحياةتستمد الأرض الطاقة الحرارية من الشمس. فالشمس هي عماد وجود حياة على الأرض. وتلعب هنا عدة عوامل هامة لنشأة الحياة على الأرض ¡ من ضمنها بُعد الأرض عن الشمس (نحو 150 مليون كيلومتر) هذا البعد يحدد متوسط درجة الحرارة على الأرض بنحو 14 درجة مئوية على مدار الفصول. فلو كانت الأرض أقرب من ذلك إلى الشمس لتبخرت المياه وغادرت الأرض إلى الفضاء وأصبحت الأرض جافة لا تصلح للحياة مثل الزهراء. ولو ابتعدت الأرض عن الشمس لاتخفضت درجة الحرارة على الأرض وأصبحت أيضا غير صالحة للحياة إذ كل شيء سيتجمد ولا ينشا الإنسان ولا الحيوان.
ويعتمد الإنسان والحيوان والنبات على طاقة حرارة الشمس ¡ فالنبات يختزن أشعة الشمس في هيئة أخشاب وكربوهيدرات وسكر وبروتين وزيوت وغيرها عن طريق التمثيل الضوئي. وعندما نتغذى من تلك المواد فهي توفر لنا السعرات الحرارية التي تحتاجها أجستمنا لمزاولة نشاطها الحيوي ونشاطها البدني. ويسري ذلك أيضا على الطيور والحيوان.
ولكي يعمل جسم الإنسان ويؤدي نشاطه الحيوي فلا بد من أن تكون درجة حرارة جسمه 37 درجة مئوية. إذا انخفضت قليلا أو ارتفعت قليلا تهددت حياة الإنسان. توجد السعرات الحرارية في الكاربوهيدرات (كالنشا والسكر) ¡ وفي الدهون والبروتينات.
يولد الجرام الواحد من السكر مثلا في الجسم حرارة تعادل 3,74 سعرة حرارية ¡ ويولد 1 جرام من الدهون نحو 9,4 سعرات حرارية ¡ وجرام واحد من النشاء يولد 4,19 سعرات.