كيف تنتقل الحرارة في الفراغ؟ وما هي أهمية الحرارة في الحياة اليومية؟ يعتبر انتقال الحرارة أحد فروع العلم الخاصة بالفيزياء، حيث إن عملية انتقال الحرارة من أهم العمليات الفيزيائية التي تحدث، وتتم من خلال أكثر من طريقة مختلفة من جسم إلى آخر، لذلك سنتعرف على كل هذه الطرق من خلال هذا الموضوع.

كيف تنتقل الحرارة في الفراغ

في البداية يمكن التعرف على الحرارة، فهي كمية من الطاقة، فتسبب هذه الطاقة في حركة كبيرة في الذرات أو الجزيئات، فيتم توليد هذه الطاقة من خلال مجموعة من التفاعلات الكيميائية على سبيل المثال الاحتراق أو التفاعلات النووية مثل التفاعلات الناتجة من الشمس أو الإشعاع الكهرومغناطيسي.

للإجابة عن سؤال كيف تنتقل الحرارة في الفراغ، يوجد العديد من الطرق التي تساعد على نقل الحرارة في أي وسط، فيطلق على الكمية الخاصة بالحرارة اللازمة لزيادة درجة حرارة الأجسام بالسعة الحرارية، فيمكن نقل الحرارة ومشاركتها بثلاث طرق، على النحو التالي:

أولًا: توصيل الحرارة

تعتبر أول طريقة للتعرف على كيف تنتقل الحرارة في الفراغ؟ حيث إن التوصيل الحراري هو ما يتم فيه نقل الحرارة عن طريق اللمس، فعندما يلمس أحد جسم أخر دافئًا، ففي هذه الحالة تنتقل الحرارة من هذا الجسم الدافئ، وبالتالي إذا لمس جسم بارد، تنتقل الحرارة كما حدث في الجسم السابق.

يمكنها أيضًا نقل الحرارة في خطوات متعددة، على سبيل المثال، عندما يضع شخص ما ملعقة معدنية في كوب من الماء الساخن، تنتقل الحرارة أولًا من الماء إلى الملعقة، ثم من الملعقة إلى اليد، والجدير بالذكر هنا أن المادة الموجودة على سطح الأرض تنقسم إلى قسمين:

  • موصلات جيدة للحرارة مثل الحديد والنحاس والذهب والفضة.
  • موصل ضعيف للحرارة، يسمى أيضًا عازل، مثل الزجاج.

ثانيًا: الحمل الحراري

استكمالًا للإجابة عن سؤال كيف تنتقل الحرارة في الفراغ؟ فمن الطرق التي تساعد على ذلك: الحمل، فيشير الحمل الحراري إلى انتقال الحرارة من خلال تدفق السائل، ويمكن للغازات والسوائل نقل الحرارة بالحمل الحراري، في هذه الحالة تنتقل الذرات من الساخنة إلى الباردة، وتحمل الطاقة والحرارة.

على سبيل المثال، شخص ما يريد الاستحمام، يذهب إلى الحمام، يفتح الصنبور، الحرارة هنا يندفع الماء الساخن من الصنبور إلى الحمام، ثم تلتقي الذرات الساخنة بالذرات الباردة وتتقاسم الحرارة، ثم ستكون درجة حرارة حوض الاستحمام متساوية.

ثالثًا: الإشعاع الحراري

الإشعاع الحراري هو من الأنواع الخاصة بانبعاث الطاقة، يساعد على انتقالها من وسط إلى آخر، فهذه الطاقة تعتمد على الكثير من الاشياء ومنها الحرارة والطبيعة الخاصة بالجسم الذي يتدفق منه هذا الإشعاع.

تنبعث الحرارة من المواد الساخنة، مثل الشمس وأجسامنا، وعندما تبدأ ذرات المادة في التحرك، فإنها تشع (تطلق) الطاقة الكهرومغناطيسية، والتي تسمى الإشعاع الحراري، على عكس الحمل والتوصيل، لا يتطلب نقل الحرارة الإشعاعي مادة لنقل الحرارة.

يمكن أن تكون الطاقة الكهرومغناطيسية عبارة عن طيف أو مجموعة، وتنقسم هذه الطاقة إلى نوعين، أحدهما هو قوس قزح الذي يمكن رؤيته من الضوء المرئي، والبعض الآخر غير مرئي، مثل الطاقة المنبعثة من الموجات الدقيقة، طاقة الأشعة تحت الحمراء التي تشعها الشمس أو أجسامنا عند تشغيلها.

أكبر مثال على انتقال الحرارة الإشعاعي هو نقل طاقة الشمس من الفضاء إلى الأرض، فعندما يصل هذا الجزء من الطاقة إلى الغلاف الجوي للأرض، تمتص الأرض أشعة جسم الإنسان، وحتى جسمنا يمتص أيضًا جزءًا من الحرارة.

لأن الأرض تمتص حرارة أشعة الشمس فإنها تطلق الحرارة، فمثلاً تمتص الرمال الموجودة على الشاطئ الحرارة، وتصبح الرمال ساخنة، وعندما يخطو الإنسان على الرمال الساخنة تنتشر الحرارة من الرمال إلى جسمه، مما يجعله يشعر بالدفء.

أهمية الحرارة في حياتنا اليومية

بالإضافة إلى الإجابة على سؤال كيف تنتقل الحرارة في الفراغ؟ فالحرارة تنتقل ما بين الأجسام، فهي تنتقل من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم البارد والعكس، فيظل هذا الانتقال في الاستمرار إلى أن يتم حدوث تساوي في درجة الحرارة الخاصة بالجسمين، فبالتالي يتم الوصول للتوازن، فبالتالي يوجد أهمية كبيرة للحرارة وهي كالتالي:

  • الحرارة مفيدة في الأعمال المنزلية مثل الماء الساخن والتدفئة في الشتاء والتجفيف بعد الغسيل وتسخين المياه.
  • يمكن استخدام الحرارة في العديد من الصناعات، مثل المنسوجات وتصنيع الزجاج والورق ومعالجة الأغذية.

تطبيقات طرق نقل الحرارة

فيما يلي أبرز تطبيقات نقل الحرارة عبر مسافات طويلة، قد يمثل مبدأ التبادل الحراري الملف الرئيسي لعملية نقل الحرارة، لذلك يكون الجسم ذو الحرارة الدافئة أفضل بشكل ملحوظ، قد يكون الإطار ذو الحرارة الدافئة أقل بكثير لمعادلة مستوى الدفء وتحقيق التوازن الحراري بشكل كبير.

قانون التبريد لنيوتن يوضح أن الأجسام ذات درجات الحرارة المختلفة ستصل إلى درجة حرارة مشتركة مع درجة حرارة الوسط المحيط، لأنه كلما زادت درجة حرارة الوسط المحيط، سيصبح تغير درجة حرارة الجسم الساخن أصغر، وعندما ترتفع درجة الحرارة من الوسط المحيط، سيزداد تغير درجة حرارة الجسم البارد.

على سبيل المثال، فطيرة التفاح الساخنة المحفوظة في الثلاجة ستتغير بدرجة حرارة أكبر من تلك المحفوظة في درجة حرارة الغرفة، وتأثير الصوب الزراعية، تحدث هذه الظاهرة في البيوت المحمية، والتي من خلالها تستطيع النباتات امتصاص الإشعاع الشمسي لإبقائها دافئة، خاصةً في فصل الشتاء.

يعتبر العلم الخاص بانتقال الحرارة هو واحد من العلوم الخاصة بالهندسة النووية، فيحدث هذا الانتقال بواسطة التوصيل أو الحمل أو الاشعاع، يتوقف هذا على حسب طبيعة الجسم.