معلومات عن وحدة قياس الحرارة

الحرارة

تعرف الحرارة بأنها أحد أشكال الطاقة التي يتم نقلها من الأنظمة الأكثر سخونة إلى أنظمة أبرد وتكون هذه الأنظمة متصلة مع بعضها البعض، بينما تعرف درجة الحرارة بأنها مقياس متوسط الطاقة الحركية للذرات أو الجزيئات الخاصة بنظام ما، وعلى الرغم من الاختلاف الكبير بين مفهومي الحرارة ودرجة الحرارة إلا أنهما وثيقا الصلة، ولكن مع اختلاف وحدات القياس لكلا المصطلحين، ويعتمد التغير في درجة الحرارة الناتجة عن الحرارة المنتقلة إلى نظام ما على عدد الجزيئات الموجودة في ذلك النظام، حيث تبدأ عملية نقل الحرارة عند تلامس أو تصادم الأنظمة، فتبدأ الحرارة بالتدفق من النظام الحار إلى النظام البارد حتى يصبح كلا النظامين في نفس درجة الحرارة، إذ يطلق على النظامين المتلامسين أنهما في حالة توازن حراري عندما يمتلكان درجة الحرارة ذاتها. [١]

وحدة قياس الحرارة

هل تقاس الحرارة بوحدة قياس محددة؟

تتواجد ثلاث وحدات قياس للحرارة وهي؛ مقياس درجة الحرارة فهرنهايت (درجة فهرنهايت)، ومقياس درجة الحرارة المئوي (سيليسيوس)، ومقياس كلفن (K)، حيث يتم استخدام الفهرنهايت في الولايات المتحدة وبعض الدول الأخرى التي تتحدث اللغة الإنجليزية[٢]، ولقد تم اكتشاف الدرجة فهرنهايت في مطلع القرن الثامن عشر من قبل جي دانيال فهرنهايت، حيث تستخدم هذه الوحدة لتسجيل قياسات درجة حرارة السطح بواسطة خبراء الأرصاد الجوية في الولايات المتحدة.[٣]

وبالرغم من ذلك إلا أنه من المهم التعرف على كيفية تحويل وحدة قياس الحرارة فهرنهايت إلى وحدة قياس الحرارة المئوية والتي اكتشفت أيضًا في القرن الثامن عشر لأن معظم دول العالم تستخدم الدرجات المئوية في قياس الحرارة،[٣] حيث يتم استخدام الدرجات المئوية في معظم الدول التي اعتمدت نظام القياس المتري، كما يستخدم هذا المقياس على نطاق أوسع في العلوم، بينما يعد نظام كلفن مقياس درجة حرارة مطلق، حيث يستخدم كمعيار دولي لقياس درجة الحرارة العلمية[٢]، وتعد وحدة قياس الحرارة كلفن مهمة جدًا للعديد من الحسابات العلمية، إذ تبدأ هذه الوحدة عند الصفر المطلق أي أنها لا تحتوي على أرقام سلبية.[٣]

السعة الحرارية

ماذا يعني مصطلح السعة الحرارية؟

تعد السعة الحرارية أحد المصطلحات الفيزيائية، بحيث تصف السعة الحرارية مقدار الحرارة التي يجب إضافتها إلى مادة ما لرفع درجة حرارتها بمقدار درجة مئوية واحدة، وهي مؤشر أيضًا إلى مقدرة الجسم على مقاومة التسخين عند إضافة طاقة حرارية، وتعتمد السعة الحرارية على مقدار المادة الخاضعة لعملية انتقال الحرارة وعلى الحرارة بالإضافة إلى الضغط إذا ما كانت المادة في الحالة الغازية، وترتبط السعة الحرارية بالحرارة النوعية للمادة التي تعرف على أنها كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة غرام واحد من تلك المادة درجةً مئويةً واحدة، ولكن من الجدير بالذكر أن الحرارة النوعية تختلف باختلاف التركيب الجزيئي للمادة والحالة الفيزيائية لها.[٤]

وتدخل الحرارة النوعية بطريقة حساب السعة الحرارية، إذ يتم ضرب كتلة المادة بالحرارة النوعية مضروبةً بالتغير في درجة الحرارة لحساب السعة الحرارية؛ بحيث تستخدم وحدة الغرام لقياس كتلة المادة، ووحدة جول/ (غرام × سيليسيوس) لقياس الحرارة النوعية، والسيليسيوس للتغير في درجات الحرارة، بينما تستخدم وحدة الجول لقياس السعة الحرارية.[٥]

التحويل بين وحدات الحرارة المختلفة

هل يمكن التحويل من درجة الحرارية المئوية للكلفن والفهرنهايت؟

تقسم وحدة قياس الحرارة إلى ثلاث وحدات شائعة وهي والدرجة المئوية (سيليسيوس) والفهرنهايت والكلفن، ولا بد من التعرف على كيفية التحويل بين المقاييس الثلاثة لدرجة الحرارة لأن كل مقياس له استخداماته الخاصة، وفي ما يأتي معادلات التحويل بين وحدات الحرارة المختلفة:[٦]

• معادلة التحويل من سيليسيوس إلى فهرنهايت: درجة الحرارة بالفهرنهايت = 9/5 × (درجة الحرارة بالسيليسيوس) + 32
• معادلة التحويل من كلفن إلى فهرنهايت: درجة الحرارة بالفهرنهايت = 9/5 × (درجة الحرارة بالكلفن – 273) + 32
• معادلة التحويل من فهرنهايت إلى سيليسيوس: درجة الحرارة بالسيليسيوس = 5/9 × (درجة الحرارة بالفهرنهايت – 32)
• معادلة التحويل من سيليسيوس إلى كلفن: درجة الحرارة بالكلفن = درجة الحرارة بالسيليسيوس + 273
• معادلة التحويل من كلفن إلى سيليسيوس: درجة الحرارة بالسيليسيوس = درجة الحرارة بالكلفن – 273
• معادلة التحويل من فهرنهايت إلى كلفن: درجة الحرارة بالكلفن = 5/9 × (درجة الحرارة بالفهرنهايت – 32) + 273

طرق انتقال الحرارة

هل يوجد طرق لانتقال الحرارة من جسم لآخر؟

تنتقل الحرارة من جسم إلى آخر أو من موقع إلى آخر في نفس الجسم، ولانتقال الحرارة يجب أن يكون هنالك تفاوت في درجات الحرارة لكلا الجسمين، حيث تنتقل الحرارة من الجسم ذو درجة الحرارة الأعلى إلى الجسم ذو درجة الحرارة الأقل، وفي ما يأتي ذكر لطرق انتقال الحرارةبين الأجسام:[٧]

• التوصيل: عادةً ما تنتقل الحرارة عن طريق التوصيل في المواد الصلبة، حيث تتم هذه العملية عن طريق اهتزاز الجزيئات في مواقعها المتوسطة، إذ تقوم الجزيئات بالارتباط معًا بقوة عن طريق قوى الجذب بينها، وتبدأ بالاهتزاز حول مواقعها المتوسطة عندما تتلقى طاقة حرارية، ومن ثم تقوم بتمريرها إلى الجزيئات المحيطة عن طريق الاهتزازات.
• الحمل الحراري: عادةً ما يحدث نقل الحرارة عن طريق الحمل في المواد السائلة والغازية، حيث يتم نقل الحرارة في هذه الطريقة من خلال الحركة الفعلية للمادة من مكان داخل الجسم إلى آخر، ومن الأمثلة على الحمل الحراري تحرك الماء الساخن إلى أعلى عندما يسخن ليحل الماء البارد الموجود في الأعلى محله وهكذا حتى يتم تسخينه بالكامل.
• الإشعاع: لا يحتاج نقل الحرارة عن طريق الإشعاع إلى أي وسيط، حيث يمكن نقل الحرارة عن طريق الإشعاع في الفراغ، كما تستخدم هذه الطريقة الأشعة الكهرومغناطيسية التي تقوم بنقل الحرارة من مكان إلى آخر، كما يعد الإشعاع أقوى طريقة لنقل الحرارة، ومن أبرز الأمثلة على عملية نقل الحرارة بالإشعاع تسخين الأرض من قبل ضوء الشمس.

المراجع[+]

1. ↑ “Heat and temperature”, www.khanacademy.org, Retrieved 2020-05-07. Edited.
2. ^ أ ب “Temperature”, www.britannica.com, Retrieved 2020-05-07. Edited.
3. ^ أ ب ت “Units of Temperature”، ww2010.atmos.uiuc.edu، اطّلع عليه بتاريخ 2020-05-07. Edited.
4. ↑ “What Is Heat Capacity?”, sciencing.com, Retrieved 2020-05-08. Edited.
5. ↑ “Heat Capacity Formula”, www.toppr.com, Retrieved 2020-05-08. Edited.
6. ↑ “Temperature Conversion Formulas”, www.thoughtco.com, Retrieved 2020-05-07. Edited.
7. ↑ “Heat Transfer”, www.toppr.com, Retrieved 2020-05-07. Edited.