طريقة انتقال الحرارة من جسم لآخر وكيفية إحساس الجسم بها

1٬136 3 دقائق

2011 تجارب علمية الحرارة والطاقة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية احساس الجسم بالحرارة طريقة انتقال الحرارة الفيزياء

تتدفق الحرارة بصورة دائمة من أجسام ذات درجة حرارة عالية إلى أجسام ذات درجة حرارة منخفضة. وتعتمد سرعة انتقال الحرارة عبر أحد الأجسام جزئياً على كون ذاك الجسم موصلاً للحرارة أو عازلاً لها.

تصوّر لو أننا قمنا بتسخين وعاء يحتوي على كمية من الماء على الموقد. بعد دقائق قليلة يبدأ الماء بالغليان. إن حرارة النار تجعل الماء ساخناً. لقد انتقلت الطاقة الحرارية من الموقد إلى الماء البارد.

يصف العلماء شيئاً بأنه يحتوي على الطاقة عندما تكون له قدرة إحداث شكل من أشكال التغير الفيزيائي.

وهناك أشكال متعددة للطاقة. فعلى سبيل المثال، تحتوي البطارية على طاقة كهربائية كما تحتوي كرة البيسبول المنطلقة في الهواء أيضاً على طاقة تدعى بالطاقة الحركية.

إن الطاقة الحرارية هي طاقة حركة الذرّات، وبما أن جميع الذرّات في حركة دائمة فإن المادة لها دائماً طاقة يعبر عنها بمقياس درجة الحرارة.

عندما تنتقل الطاقة الحرارية من جسم إلى آخر يمكن أن تسبب تغيرات فيزيائية، كما هو الحال عندما تعمل الحرارة على طهي الطعام الموجود في وعاء من الماء وصل درجة الغليان.

غالباً ما يتم الخلط بين درجة الحرارة والحرارة. إن درجة الحرارة هي قياس لطاقة كل جزيء من مادة ما، وكلما ارتفعت درجة حرارة تلك المادة زادت طاقة جزيئات تلك المادة.

التدفق الحراري

تنتقل الطاقة الحرارية من الأجسام الأعلى درجة حرارة (جزيئات ذات الطاقة الأعلى) إلى الأجسام الأقل درجة حرارة (جزيئات ذات الطاقة الأقل).

تخيل أنك موجود داخل غرفة باردة، ثم قمت بتشغيل مدفأة كهربائية. إن الطاقة الحرارية ستنتقل من المدفأة إلى ذرّات الهواء البارد، فتصبح الغرفة أكثر دفئاً.

على الرغم من أن الطاقة الحرارية تنتقل بطبيعة الحال من المادة الأعلى درجة حرارة إلى المادة الأقل درجة حرارة، غير أننا نستطيع أن نجعل التدفق يتحرك بصورة معاكسة.

ففي الثلاجة، مثلاً، يتم طرد الحرارة من الجزء الداخلي البارد إلى الهواء الأعلى درجة حرارة في الخارج، كما أنه عندما تكون درجة حرارة الهواء أقل من درجة حرارة أجسامنا الطبيعية التي تبلغ 98.6 درجة فهرنهايت (37 درجة مئوية) تتدفق الطاقة الحرارية من أجسامنا نحو الهواء.

إن بعض المواد موصلة للحرارة (أي إنها تسمح للحرارة أن تمر عبرها) بنسبة أكبر مقارنة ببعض المواد الأخرى.

فالمعادن، على سبيل المثال، جيدة التوصيل للحرارة، ولهذا فإننا نستخدم الأواني المعدنية لأغراض طهي الطعام. ولا شك أنك لم ترَ في حياتك وعاء من البلاستيك يستعمل للطبخ على الموقد، والسبب في ذلك هو أن معظم أشكال البلاستيك غير موصلة للحرارة بصورة جيدة.

وإذا ما وضعت وعاءً بلاستيكياً على الموقد فإنه سيمنع الحرارة من الوصول إلى الطعام، بل إن البلاستيك في حقيقة الأمر قد ينصهر.

يحجب البلاستيك الحرارة لأنه عازل للحرارة، والمواد العازلة للحرارة هي تلك التي لا تسمح للحرارة بالمرور من خلالها بسهولة. ومن المواد العازلة للحرارة بصورة جيدة نذكر القماش والرغوة والهواء.

ينطوي لمس الأجسام الحارة على الخطورة، لهذا فإنك ستقوم في النشاط التالي باختبار خواص أو خصائص التوصيل أو العزل الحراري لمواد مختلفة عند أو قرب درجة حرارة الغرفة. وستستخدم حاسة اللمس كي تتبيّن مدى سرعة كل مادة في نقل الحرارة المنبعثة من جسمك.

الشبكة العصبية

تستقبل الأعصاب في أجسامنا معلومات من كل جزء من أجزاء الجسم ثم ترسل تلك المعلومات إلى الدماغ، وتساعد الأعصاب الموجودة داخل الجلد على كشف كل شيء يتعلق بأجسادنا بدءاً من الضغط – قوة ضغط الجسم على شيء من الأشياء – ووصولاً إلى الإحساس بالألم ودرجة الحرارة.

وهناك عدد كبير من النهايات العصبية في أيدينا وأصابعنا، حيث تساعدنا على الإحساس بدرجة حرارة الأجسام الأخرى عند ملامستنا لها.

ترسل الأعصاب المعلومات على شكل نبضات كهربائية. وتعمل الأعصاب التي تتحسس الحرارة على تنبيهنا بتغيرات درجة الحرارة عن طريق تغيير عدد النبضات التي ترسلها إلى الدماغ في الثانية الواحدة. ويقوم الدماغ بدوره بترجمة تلك التولات النسبية كأحاسيس مختلفة للبرودة والحرارة.

وقد اختُرعت أجهزة علمية خاصة أكثر تحسساً من أيدينا لمثل هذه التغيرات في درجة الحرارة، غير أن أيدينا تظل عظيمة الفائدة فيما يخص الإحساس بدرجة الحرارة.

السنجاب القطبي

يشكل الماء نسبة عالية من أجسام الحيوانات.

ويُعدّ هذا أحد أسباب الخطورة التي قد تتعرض لها أجسامنا عندما تهبط درجة حرارتها إلى حد كبير، لأن السوائل الموجودة في أجسامنا قد تتجمد وتلحق بنا الأذى.