مفهوم درجة الحرارة

درجة الحرارة

تنتقل الحرارة تلقائياً من الأجسام الأكثر حرارة إلى الأجسام الأقل حرارة، ومقدار قياس هذه الحرارة يُسمى درجة الحرارة، وفي بعض الأحيان يتم الخلط بين مفهوم درجة الحرارة والطاقة، إلا أن الطاقة الحرارية في جبل جليدي مثلاً أعلى بكثير من طاقة الاحتراق ذات درجة الحرارة العالية، حيث تُعتبر درجة الحرارة من خواص المادة التي لا تعمتد على كمية المادة، كالضغط والكثافة، ويُطلق عليها الخاصية المُكثفة.[1]

مقياس درجة الحرارة

يتم قياس درجة الحرارة اعتماداً على عِدّة مقاييس، وهي:[2]

• المقياس المئوي (بالإنجليزية: Celsius Scale): طور عالم الفلك السويدي أندرس سيلسيوس مقياس حرارة يَقيس بالدرجة المئوية، لذلك سُميت وحدة القياس سلسيوس باسمه، حيث يُرمز لها بالرمز (C)، وتُعتبر من الوحدات الشائعة الاستخدام.
• مقياس فهرنهايت (بالإنجليزية: Farenheit Scale): تعتمد عِدّة دول على مقياس فهرنهايت لقياس درجة الحرارة، وهي: الولايات المتحدة الأمريكية، وجزر كايمان، وبالاو، وجزر البهاما، وبليز، حيث اقترح هذا المقياس العالم دانييل غابرييل فهرنهايت في العام 1724م.
• مقياس كلفن (بالإنجليزية: Kelvin Scale): يعتمد مقياس كلفن على درجة حرارة قليلة جداً يَفقد عندها النظام كل طاقته، وتُسمى الصفر المُطلق، لذلك اقترح العالم وليام طومسون مقياس حرارة يَستخدم الصفر المُطلق كالحد الأدنى له، ويُرمز لوحدة مقياس كلفن بالرمز (K)، وهو أحد الوحدات الأساسية السبعة في النظام الدولي للوحدات (SI).

أدوات قياس درجة الحرارة

يوجد عِدّة أجهزة يُمكن بها قياس درجة الحرارة، وهي:[3]

• ميزان التمدد السائل (بالإنجليزية: Liquid Expansion Thermometer): يتم قياس درجة الحرارة بواسطة تمدُد بعض السوائل عند ارتفاع درجة الحرارة، كالزئبق أو الكحول، حيث يُملأ السائل داخل فراغ في لمبة، أو نابض يتصل بمؤشر لمعرفة درجة الحرارة.
• المزدوجات الحرارية (بالإنجليزية: Thermocouples): يتم قياس التغيُر في درجة الحرارة بفعل فرق الجهد الذي يحدُث عند تقريب اثنين من الخيوط المعدنية المختلفة، وهي طريقة غير دقيقة، لكنها تُستخدم لإيقاف تشغيل الآلات في الصناعة استجابة لدرجة حرارة معينة.
• كاشف حرارة المقاومة (بالإنجليزية: Resistance Temperature Detector): يتم حساب التغيُر في المقاومة الكهربائية الناتجة عن التغير بالحرارة عن طريق تمرير ضوء ثابت خلال الكاشف الذي يحتوي على مجسات مصنوعة من الكربون، أو البلاتين، وتُعد هذه الطريقة أدق وأكثر استقراراً من المزدوجات الحرارية.
• البيروميتر (بالإنجليزية: Pyrometer): بعض الأجسام درجة حرارتها عالية جداً، أو بعيدة لدرجة لا يُمكن استخدام الأدوات الأُخرى لقياسها، ومنها: المراجل البُخارية، وأفران المعادن، وبالونات الهواء الساخن، لذلك يُستخدم الباروميتر الذي يقرأ درجة الحرارة بالتركيز على مناطق التي تَشِع منها الحرارة.
• مجس لانجموير (بالإنجليزية: Langmuir Probe): يُستخدم لقياس درجة حرارة الإلكترونات في البلازما وليس للاستخدامات اليومية، حيث تتم قياس التيارات الكهربائية الناتجة من الأقطاب الكهربائية الموضوعة في البلازما، وقد سُمي على اسم مخترعه العالم إيرقينج لانجموير.
• حساس الأشعة تحت الحمراء (بالإنجليزية: Infrared Sensor): تُتيح هذه الأداة إمكانية قياس درجة حرارة الأسطح البعيدة، حيث يتم قياس تردد ضوء الأشعة تحت الحمراء بواسطة عداد.

طُرق انتقال الحرارة

تُنتَج الحرارة بطُرق مختلفة، منها: الطاقة الميكانيكية كالحرارة الناتجة من ارتداد الكرة، أو الطاقة الكهربائية مثل: المواقد الكهربائية، ومجففات الشعر وغيرها، أو من خلال الطاقة الكيميائية الناتجة من الطعام التي تسبب في تدفئة جسم الإنسان، أو تسخين أشعة الشمس للأرض، أو الاحتكاك، أو الطاقة الحرارية نفسها التي تنتقل للأجسام الأُخرى،[4] ويحدث ذلك بعِدّة طُرق، وهي:[5]

• الحمل الحراري: تنتقل الحرارة بالحمل الحراري عن طريق التيارات الدائرية المتولدة من تسخين الهواء، إذ عندما يَسخن الهواء يُصبح أقل كثافة، فيرتفع للأعلى ويَحل محله الهواء البارد، وهكذا يستمر التدفق الدائري، وتنتقل الحرارة في الغازات والسوائل بهذه الطريقة.
• التوصيل: تنتقل الحرارة مباشرة بين جسيمات المادة الصلبة بسبب قُربها من بعضها البعض، حيث تزداد الطاقة الحرارية في الجسيمات الصلبة عن طريق اتصالها بالجسيمات المتحركة في المادة الساخنة.
• الإشعاع: تمتص الأجسام الطاقة الحرارية الناتجة من انبعاث موجات الأشعة تحت الحمراء من الأجسام الساخنة، حيث تنتقل هذه الموجات في جميع الاتجاهات، بالإضافة إلى امتلاكها سرعة الضوء، لذلك فهي لا تحتاج إلى جُزيئات لنقل الحرارة.

المراجع

1. ↑ "Temperature", www.britannica.com,10-01-2019، Retrieved 30-04-2019. Edited.
2. ↑ "Temperature and Temperature Scales", www.courses.lumenlearning.com, Retrieved 30-04-2019. Edited.
3. ↑ Stanley Goff (05-04-2018), "Tools Used to Measure Temperature"، www.sciencing.com, Retrieved 30-04-2019. Edited.
4. ↑ " WHAT IS HEAT?", www.coolcosmos.ipac.caltech.edu, Retrieved 30-04-2019. Edited.
5. ↑ "Heat energy", www.sciencelearn.org.nz,20-11-2009، Retrieved 30-04-2019. Edited.