يحدث التوازن الحراري عندما جثتين - في البداية عند درجات حرارة مختلفة - تتلامس وبعد عملية نقل الحرارة ، تصل إلى نفس درجة الحرارة.
يتم دائمًا نقل الحرارة ، الاسم الذي يطلق على الطاقة الحرارية في الفيزياء ، من الجسم الأكثر حرارة إلى الجسم الأكثر برودة ، وعندما تصل الأجسام إلى نفس درجة الحرارة ، يتم تعليق تدفق الحرارة بينها.
إذا لم يكن هناك تبادل حراري مع البيئة ، فإن كمية الحرارة المفقودة من قبل جسم واحد تساوي كمية الحرارة التي يمتصها الجسم الآخر.
صورة: رسم توضيحي لجسمين في حالة توازن حراري بعد التلامس.
يمكن أن يحدث الشيء نفسه مع جسم تكون أجزائه في درجات حرارة مختلفة. عندما يصل الجسم كله إلى نفس درجة الحرارة ، سيكون في حالة توازن حراري.
الحرارة
في اللغة اليومية ، ترتبط كلمة heat بالإحساس في أجسادنا عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة. معنى الحرارة مختلف في الفيزياء. الحرارة ، في هذه الحالة ، هي الطاقة الحرارية المتحركة.
تتكون الأجسام من جزيئات ويتم تحديد الحرارة حسب درجة إثارة هذه الجسيمات. أي أنه كلما زادت إثارة جزيئاتها ، زادت الطاقة الحرارية أو الحرارة.
تقاس الحرارة بـ جول (J) أو السعرات الحرارية (الجير).
السعرات الحرارية هي كمية الطاقة اللازمة لرفع بمقدار 1 درجة مئوية ، 1 جرام من الماء. العلاقة بين وحدات القياس هذه هي: 1 كال = 4.186 ي.كيف يحدث التوازن الحراري؟
عندما يكون جسمان في درجات حرارة مختلفة ، فإن جزيئاتهما تكون في درجات مختلفة من الانفعالات. تكون جزيئات الجسم ذي درجة الحرارة المرتفعة أكثر هياجًا وتكون درجة الحرارة المنخفضة أقل هياجًا.
عندما يتلامسان ، فإن الجسم ذو أعلى درجة حرارة سينقل الطاقة الحرارية إلى الآخر ، حتى يصل كلاهما إلى نفس درجة الحرارة ، وهو ما يسمى بالتوازن الحراري. لتسهيل الأمر ، دعنا نفكر في مثال:
لصنع الجيلاتين ، تحتاج إلى خلط المسحوق في الماء المغلي ثم وضع نفس الكمية من الماء في درجة حرارة الغرفة. سيتلامس الماء عند درجة حرارة 100 درجة مئوية مع الماء في درجة حرارة الغرفة وسوف ينقل الحرارة ، حتى يصبح كل السائل الموجود في الحاوية بنفس درجة الحرارة.
إذا لم يكن هناك تبادل حراري مع البيئة ، فستكون درجة الحرارة النهائية هي بالضبط متوسط درجتي الحرارة. انظر المثال:
ماء عند 100 درجة مئوية + ماء عند 25 درجة مئوية = 125 درجة مئوية
هذه القيمة مقسومة على 2 تساوي 62.5 درجة. ومع ذلك ، نظرًا لأن الخليط يفقد الطاقة في البيئة ، فإن درجة الحرارة هذه ، من الناحية العملية ، ستكون أقل قليلاً.
ميزان الحرارة
عندما نحتاج إلى قياس درجة حرارة الجسم ، نستخدم مقياس حرارة. يخبرنا هذا الجهاز بدرجة الحرارة بالتوازن الديناميكي الحراري بين الجسم ومقياس الحرارة.
عندما يصل مقياس الحرارة إلى نفس درجة حرارة جسمنا ، فإنه يتوقف عن نقل الحرارة ، وفي بعض الحالات ، يصدر صوتًا لإعلامك بتوقف التدفق. وهكذا ، نحن نعرف ما إذا كان لدينا حمى أم لا.
معرفة المزيد عن حرارة نوعية و درجة الحرارة.
طرق انتقال الحرارة
يمكن أن تنتقل الطاقة على شكل حرارة من جسم إلى آخر بثلاث طرق: التوصيل والحمل الحراري والإشعاع.
القيادة
يحدث التوصيل عندما تنتقل الطاقة من جزيء إلى آخر. الجزيئات ذات الانفعالات الأكبر تتلامس مع الجزيئات ذات الانفعالات الأقل وتزيد من سرعة حركتها.
إذا أمسكت بملعقة معدنية من أحد طرفيها ولمست الطرف الآخر للنار ، فيمكنك في غضون لحظات قليلة حرق يدك. وذلك لأن الجزيئات التي تحركها النيران تتسبب في تحريك الجزيئات الأخرى ، مما يؤدي إلى جلب الطاقة الحرارية إلى جميع أدوات المائدة - مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارتها.
الحمل
يحدث الحمل الحراري مع المواد الغازية أو السائلة التي تنقل الحرارة عبر التيارات. الأشكال الدائرية التي تتشكل بسبب الاختلاف في كثافة الأجزاء الساخنة والباردة من أ مستوى.
هذه هي حالة وعاء تسخين المياه. الجزء الأقرب إلى النار من الماء يسخن أولاً ، لأن كثافة الماء الساخن أقل سيرتفع في المقلاة وسيهبط أبرد جزء من الماء ، مما يشكل تيارًا دائريًا بمقدار الحمل.
تشعيع
في التشعيع ، ليس من الضروري أن يكون هناك اتصال بين الأجسام لتنتشر الطاقة ، كما يحدث في التوصيل أو الحمل الحراري. في هذه الحالة ، تنتشر الطاقة الحرارية من جسم إلى آخر بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية. الجسم الذي يستقبل الحرارة يسمى المستقبل والجسم الذي ينبعث منه يسمى الباعث.
هذه هي الطريقة التي تدفئ بها الشمس كوكب الأرض. كما نعلم ، الشمس بعيدة جدًا عن الأرض ، أي لا يوجد اتصال. تنتقل الحرارة التي تصل إلى الأرض وتضمن الحياة على الكوكب عن طريق الإشعاع ، عبر الموجات الكهرومغناطيسية.
انظر أيضا معنى الحرارة و طاقة حرارية.
