الحـــــــــــرارة
الحرارة في الفيزياء والكيمياء :هي إحدى أشكال الطاقة والتي يترافق معها حركة الذرات أو الجزيئات أو أي جسيم يدخل في تركيب المادة. بالإمكان الحصول على الحرارة عن طريق التفاعلات الكيماوية مثل الاحتراق، أو التفاعلات النووية كالاندماج النووي الذي يحدث في الشمس أو الإشعاع الكهرومغناطيسي كما يحدث في المواقد الكهرومغناطيسية أو الميكانيكي (الحركي) مثل الآلات والاحتكاك. يمكن للحرارة أن تتنقل بين الأجسام عن طريق الإشعاع أو التوصيل حراري أو الحمل الحراري. لا يمكن للحرارة أن تنتقل بين جسمين أو بين نقطتين في جسم واحد إلا أن كانت درجات الحرارة بينهما مختلفة. درجة الحرارة هي مقياس لمدى سخونة جسم ما أو برودته. تسمى كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جسم ما درجة مئوية واحدة بالسعة الحرارية. السعة الحرارية لكل مادة محددة ومعروفة. الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة وحدة الكتلة من مادة ما درجة واحدة تسمى بالحرارة النوعية وهي تعتمد على حالة المادة وتركيبها الكيماوي. عند احتراق الوقود تصدر كمية من الحرارة تعرف باسم القيمة الحرارية للوقود وتقدر عادة بالوحدة الحرارية البريطانية. خلال عملية تحول مادة نقية من حالة إلى أخرى يتم فقد حرارة أو اكتسابها دون أي تغير في درجات الحرارة وتعرف كمية الحرارة المفقودة أو المكتسبة إبان عملية التحول باسم الحرارة الكامنة وتعتمد بشكل مباشر على نوعية المادة وحالتها الابتدائية والنهائية.
الحرارة النوعية للمواد
وتنتقل الحرارة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد ولا يحدث العكس ، هذا هو منطوق القانون الثاني للديناميكا الحرارية. وتستمر الحرارة في الانتقال حتى تتساوى درجة الحرارة في الجسمين ويصل الجسمين إلى خالة تسمى توازن حراري.
عند انتقال حرارة Q من جسم ساخن إلى جسم بارد يكون ذلك غالبا مصحوبا بتغير في درجة الحرارة :
حيث:
CV الحرارة النوعية عند ثبات الحجم V,
Cp الحرارة النوعية عند ثبات الضغط ,
m كتلة , المادة التي يحدث فيها تغير في درجة الحرارة.
كل من المعادلتين تقول ببساطة: " التغير في كمية حرارة الجسم تساوي حاصل ضرب حرارته النوعية x كتلته x التغير في درجة حرارته". وكما نرى توجد للمواد حرارتين نوعيتين : "حرارة نوعية عند ثبات الضغط" و"حرارة نوعية عند ثبات الحجم " ، ويظهر الفرق بينهما واضحا في الغازات. أما في السوائل والجوامد فلا فرق يذكر بين هاتين الحرارتين النوعيتين.
وتسمى حرارة نوعية لأنها تختلف من مادة إلى مادة ، أي تعتمد على "نوع " المادة (ماء، هواء ، نحاس ، حديد ، زئبق).
معدل انتقال الحرارة \frac{\delta Q}{\delta t} = \dot{Q} ، أي تغير الحرارة مع تغير الزمن يسمى الفيض الحراري. السطح التلامس بين مادتين (أو وسطين) يتميز " بمعامل انتقال حرارة ".
تحول الطور
توجد أيضا أنظمة يؤدي انتقال الحرارة إليها إلى تحول طوري ولا يؤدي إلى رفع درجة الحرارة. فمثلا عند غليان سائل حيث يتبخر ويتغير من الطور السائل إلى طور البخار. طوال عملية التبخر تبقى درجة الغليان ثابتة. حتى يتحول كل السائل إلى بخار.
كما يمكن أن تتحول جزء من الحرارة إلى عمل أو شغل W (من كلمة Work الإنجليزية) ، وهذا هو مبدأ الآلة البخارية أو محرك الاحتراق الداخلي.
من وجهة الحركة الحرارية (ترموديناميكا) يحدد تموين نظام بحرارة من الخارج وتموين النظام بشغل من الخارج يحددان الارتفاع في الطاقة الداخلية U للنظام. هذا هو منطوق القانون الأول للديناميكا الحرارية:
حيث:
نW الشغل المؤدى على النظام , مثل عملية كبس السائل.
مجد ابو العسل
الموقع
الإثنين مارس 31, 2014 12:55 am