النّاقل الحراري والعازل الحراري

الحرارة هي شكل من أشكال الطّاقة غير المرئيّة، وهي تنتقل من جسم إلى آخر، وتحتاج إلى وسط ناقل. وقدرة الأوساط النّاقلة للحرارة تتفاوت، فمنها ما هو موصل جيّد ومنها ما هو موصل رديء (الهواء: موصل حراري لكنّه رديء).

طرق انتقال الحرارة

التّوصيل الحراري:

التّوصيل هو عبارة عمّا يحدث عند وجود مادة ساخنة مع مادّة أبرد، حيث تنتقل الحرارة وبشكل طبيعي من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد.

الحمل الحراري:

ـ تزداد حرارة الهواء الموجود حول مادة ساخنة عن طريق عمليّة الحمل الحراري.

ـ الهواء السّاخن أخفّ من الهواء البارد لذا فأنّه يرتفع ليحلّ مكانه الهواء البارد الموجود في الأعلى، تستمرّ العمليّة على هذا الحال حتّى تبرد حرارة هذا الشّيء أو المادة وتصبح معادلة لجوّ الغرفة.

الإشعاع الحراري:

رغم أنّ كلّ الحرارة الصّادرة عن مدفأة الفحم أو الخشب التّقليديّة تنطلق إلى الخارج عبر المدخنة عن طريق النّقل الحراري، إلاّ أنّ الدفء الذّي يعمّ الغرفة ينتقل عن طريق الإشعاع الحراري. وهذا النّوع من الإشعاع لا يحتاج إلى وسط ناقل، ولو لم تكن هذه الحالة مقبولة علميّا للما تمكّنت الشّمس من تسخين الأرض. 

النّاقل الحراري والعازل الحراري

النّاقل الحراري:

النّاقل الحراري هو كل مادة تسمح بمرور الحرارة من خلالها، وتعتبر المعادن من أجود المواد الصّلبة النّاقلة للطاقة الحراريّة بالتّوصيل ولكن يبقى هناك تفاوت في قدرة المواد على نقل الطّاقة الحراريّة.

العازل الحراري:

العازل الحراري هو كل مادة لا تسمح بمرور الحرارة من خلالها ونذكر على سبيل المثال الخشب والبلاستيك واللّدائن، وهي عوازل جيّدة ضدّ انتقال الحرارة بالتّوصيل. ولـهذا السّبب تصنع مقابض العديد من أواني المطبخ المعدنيّة من هذه المواد. فهي تسخن بسرعة بالتّوصيل لكن تبقى مقابضها باردة. 

المقارنة بين درجة حرارة جسمين باستعمال ـ أبرد من وأسخن من ـ

أهمية الحواس الخمس

نحن نستخدم أعيننا وأذنينا وأنفنا ولساننا وجلدنا لنستكشف ما يدور حولنا في العالم، ننظر حولنا ونسمع الأشياء ونشمّها ونلمسها ونتذوّقها، وبذلك نحن نستخدم الحواس الخمس.
وحواسنا هي التي تساعدنا على معرفة خصائص الأجسام.

كيفيّة المقارنة بين حرارة جسمين.

إنّ حاسة اللّمس أو حاسة الذّوق تساعد الإنسان على تمييز الجسم الأبرد من الجسم الأسخن.

استعمال حاسة الّلمس

في العديد من الحالات يجب استعمال حاسة اللّمس بدلا من حاسة الذّوق لكي نتمكّن من اكتشاف سخونة الجسم أو برودة الجسم. 


مثلا:
عندما نريد الاستحمام فإنّنا نلمس ماء حوض السّباحة للتمييز بين الماء البارد والماء السّاخن.

استعمال حاسّة الذّوق

لا يمكن لنا في بعض الحالات استعمال حاسة اللّمس للاستدلال على سخونة أو برودة الأجسام بل نستعمل الذّوق لأسباب صحّيّة.


مثلا:
إذا أردنا معرفة درجة حرارة الحليب أو الأطعمة الأخرى هل هي عالية أو لا، فإنّنا لا نستعمل اليد لتمييز حرارتها بل نعتمد على اللّسان.

أبرد من – أسخن من

إذا لمسنا ماء قمنا بتسخينه على موقد، ولمسنا ماء الحنفية، نلاحظ أن درجة حرارة الماء الأول عالية مقارنة بالماء الثاني، ونقول حينها أن الماء الذي قمنا بتسخينه على موقد أسخن من ماء الحنفية، أو أن ماء الحنفية أبرد من الماء الذي قمنا بتسخينه على موقد.

أما إذا لمسنا ماء قمنا بإخراجه مباشرة من الثلاجة، ولمسنا ماء الحنفية، فإننا نلاحظ أن درجة الماء الأول منخفضة مقارنة بالماء الثاني، ونقول حينها أن الماء الذي كان في الثلاجة أبرد من ماء الحنفية، أو أن ماء الحنفية أسخن من الماء الذي كان في الثلاجة.

الطاقة الحرارية وبعض مصادر ومجالات استعمالها

الطّاقة:
الطاقة هي القدرة على القيام بعمل معين، وتوجد لها أشكال مختلفة كالطاقة العضلية والطاقة الكهربائية والطاقة المغناطيسية والطاقة الشمسية...
ويمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى، فعلى سبيل المثال يمكن تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب إلى ضوء.
وكمية الطاقة الموجودة في العالم ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث.



مصادر الطاقة الحرارية:
الشّمس:
تعدّ الشّمس من أكبر مصادر الضّوء والحرارة التّي سخّرت لاستمرار الحياة على سطح الأرض، فهي تمدّ أرضنا والكواكب الأخرى بالحرارة.
وتتوزّع هذه الحرارة حسب قربها من خطّ الاستواء الذّي يتمتّع بأكبر نصيب منها.


النّفط:
يعطي البترول (النّفط) لدى احتراقه كمّية كبيرة من الحرارة.
يتكوّن البترول من مركّبات عضويّة وعند احتراق هذه المركّبات فإنّ الطّاقة الموجودة تتحرّر لنستفيد منها كطاقة حراريّة.  
  


الفحم الحجري:
كان الفحم الحجريّ هو المسيطر في مجال الطّاقة، ولعلّ بعض الدّول لازالت تنتج وتستعمل الفحم الحجريّ، غير أنّ لهذا المصدر من مصادر الطّاقة سلبيّات كبرى هي مخلّفات الاحتراق التّي تؤدّي إلى تلوّث البيئة. 



مجالات استعمال الطاقة:
كان الفحم الحجريّ يستغلّ منذ القدم في التّدفئة والقيام ببعض الأعمال مثل الحدادة حتّى وقع استخدامه في تشغيل محرّكات القطارات إلى حدّ ظهور البترول الذّي عوّضه وأصبح المصدر الأوّل من مصادر الطّاقة الحراريّة (هذه المصادر كانت ولازالت ملوّثة للبيئة).
بدأ العلماء في التّّفكير في استغلال الطّاقة الحراريّة النّظيفة منها: استغلال الطّاقة الحراريّة للحمم البركانيّة لاستخدامها في تدفئة المنازل وبدأ استغلال هذه الطّاقة منذ سنة 1974. 


الطّاقة الشّمسيّة:
نستغلّ الطّاقة الشّمسيّة (وهي من الطّاقات المتجدّدة والنّظيفة) باستخدام:
ـ السّخّانات الشّمسيّة فوق أسطح المنازل وتقوم على تسخين المياه بتعرّضها للشمس مباشرة.
ـ الخلايا الشّمسيّة التّي تولّد الكهرباء تعتمد على تحويل الإشعاع الشّمسي إلى كهرباء تستخدم في المنازل وفي المناطق النّائية خاصّة. 

استخدامات الطاقة الشمسية

قوة الهواء تحدث عملا

1 - توظيف قوة الهواء:
تختلف قوة الهواء حسب سرعة الريح، فنقول أنّ الهواء ساكن عندما تكون سرعة الرياح صفرا، ونقول أنّ هناك نسيم عندما يتحرك الهواء بلطف، ونسمي الهواء المتحرك بشدة إعصار مدمر.

* من الأعمال التي يضيفها الهواء الساكن:
من بين الأعمال التي يمكن أن ننجزها بواسطة الهواء الساكن، نذكر على سبيل المثال ارتفاع المنطاد عن سطح الأرض بمجرد وجود هواء ساخن في الكيس.

* من الأعمال التي يضيفها النسيم:
النسيم يساعد الطيور على التحليق براحة أكبر في الجوّ.

كما أنّ الهواء المتحرك ضروري في عملية الإخصاب، لا سيما للنباتات التي لا تنجذب إليها الحشرات، فتنقل الريح حبيبات اللقاح، من العناصر الذكورية في النبات إلى العناصر الأنثوية، فيتم الإخصاب.

2 - طاقة الرياح:
تعتبر الرياح طاقة تستخدم في العديد من الأعمال لصالح الإنسان ومن بين هذه الأعمال:

* تدوير طواحين الهواء:
كانت طواحين الهواء تستخدم لمئات السنين في طحن القمح ولا يزال الفلاحون حتى يومنا هذا يستخدمون هذه الطواحين بكثرة في ضخ المياه، وبعض هذه الطواحين تستخدم لإدارة مولدات القدرة الكهربائية.

تقوم الريح عند هبوبها بالقرب من أجنحة المنشأة (العنفة) الهوائية بتوليد قوة دفع، تساهم في وضع جناح العنفة في حالة حركة دورانية.

* تحريك السفن:
كان لاستخدام الأشرعة أهمية كبيرة في تسخير الطاقات الطبيعية لأجل خدمة الإنسان، فكانت الرياح تستخدم لدفع السفن بأقل جهد بشري ممكن، حيث كان ينحصر دور البشر في توجيه دفة السفينة وتحريك الأشرعة (رفعها وإنزالها).

وحتى السفن التي تعمل بالمحركات والوقود، لابد من وجود الهواء حتى تتم عملية احتراق الوقود، ولا يمكن لهذه الأجهزة أن تعمل بكفاءة إلا بهواء التبريد.

قيس كتل بواسطة الميزان

مفهوم الكتلة:
الكتلة هي عبارة على خاصية فيزيائية للأجسام تقيس كمية المادة التي يحتويها الشيء، أو بمعنى آخر هي مقدار ما يحتويه الجسم من مادة.

توضيح مفهوم الكتلة:
إذا أخذنا ميزان المطبخ ووضعنا على الكفة بيضة واحدة، نلاحظ انحراف مؤشر الميزان.

فإذا وضعنا بيضة ثانية ازداد انحرافه أكثر.

وكلما زدنا في عدد البيضات، ازداد انحراف المؤشر أكثر فأكثر. 

ومعنى هذا أن كتلة البيض تزداد بزيادة كمية البيض، ونستنتج أن الكتلة تتوقف على مقدار كمية المادة.

قياس الكتلة:
حتى نستطيع تعيين الكتلة، وجب علينا اختيار وحدة القياس المناسبة، والميزان المناسب.

وحدات قياس الكتلة:
تقاس الكتلة بوحدة الغرام، والغرام الواحد يساوي كمية المادة الموجودة في مشبك الورق كما في الصورة:



كما تقاس الكتلة أيضا بوحدة الكيلوغرام، وهذه الوحدة تساوي كمية المادة الموجودة في لتر ماء نقي نظيف في درجة حرارة تساوي °C4.


وهناك أيضا الطن والذي يساوي 1000 كيلوغرام

أنواع الموازين المستخدمة لقياس الكتلة:
توجد عدة أنواع مختلفة من الموازين لقياس الكتلة، فنجد:
- الميزان ذو الكفتين.

- الميزان ذو الكفة الواحدة.

- الميزان الحساس.

- الميزان الرقمي.

- وأنواع أخرى.

وبطبيعة الحال نختار الميزان حسب الكتلة التي نريد قياسها، فإذا أردنا قياس كتلة الطماطم والفواكه مثلا نستعمل الميزان ذو الكفتين أو ذو الكفة الواحدة بالمؤشر، وإذا أردنا أن نقيس كتلة الذهب نستعمل الميزان الحساس، أما الميزان الرقمي فيوجد منه ما يستعمل لقياس الكتل الكبيرة نسبيا ومنه الحساس الذي يستخدم لقياس كتلة الذهب.

كيفية قياس كتلة جسم بالميزان ذو الكفتين:
حتى نتمكن من قياس كتلة جسم ما بالميزان ذو الكفتين، نحتاج إلى:
- الجسم الذي نريد قياس كتلته.

- الميزان ذو الكفتين الذي سنقيس به كتلة الجسم.

- الأثقال المعلومة الكتلة أو العيارات والتي سنعرف بها كتلة الجسم.

خطوات قياس كتلة الجسم:
1- نضع الميزان أفقيا على رف ثابت حتى لا يتأثر بأي اهتزاز.
2- نتأكد من وضع الميزان نظيف من الداخل والخارج.
3- نضع الجسم الذي نريد أن نقيس كتلته في إحدى الكفتين.
4- نضع الأوزان المعلومة في الكفة الأخرى حتى تتوازن الكفتان.
5- نجمع أرقام الكتل المعلومة التي في الكفة الثانية وتكون هي كتلة الجسم.

ونستنتج أن كتلة الجسم عند التوازن هي مجموع كتل الأثقال معلومة الكتلة.

كتلة الجسم ثابتة لا تتغير بتغير المكان:
لو قمنا بقياس كتلة جسم على سطح الأرض وأعدنا قياس كتلته على سطح القمر لوجدناها لا تتغير، وكذلك كتلة جسم في مكان ما عند خط الاستواء تساوي نفس كتلته في مكان آخر عند القطب الشمالي أو القطب الجنوبي. لذلك يمكننا القول بأن كتلة الجسم تتوقف على كمية المادة فقط ولا تتوقف على الكوكب أو المكان.