تعرفوا معنا في مخزن على ما هو مصدر الحرارة في الطبيعة ومدى ما تمثله الحرارة من أهمية في حياة الإنسان وسائر الكائنات الحية، حيث يوجد الكثير من مصادر الطاقة الحرارية والهامة في الكثير من الاستخدامات منها طهي الطعام والتدفئة والتي يتم الحصول عليها من مصادر عدة منها المتجددة وأخرى غير متجددة والتي سنتناولها بشيء من التفصيل في فقراتنا التالية.
هناك العديد من مصادر الطاقة الحرارية التي تتنوع ما بين الطاقة الطبيعية والطاقة التي يقوم الإنسان بصنعها، ولا يمكن الاستغناء عن أي من تلك المصادر في الحياة، ولكن يظل المصدر الأساسي والطبيعي لتلك الطاقة هو الأمثل والأفضل وهو الشمس حيث إن فوائدها تتعدى مجرد كونها مصدر للتدفئة ولكن تأثيرها يرتبط بالوجود والحياة بشكل عام على كل من الإنسان والحيوان والنبات.
تعريف الشمس
الشمس نجم قزم ذو لون أصفر تقع بقلب النظام الشمسي، وهي كرة من الغازات الساخنة المتأججة المتوهجة، تعمل جاذبيتها الشديدة على حمل النظام الشمسي، إذ تحتفظ في إطار تلك الجاذبية بمدارها على جميع الكواكب سواء الصغيرة أو الكبيرة، ويعمل ما يتولد منها من تيارات كهربائية بتشكيل مجالاً مغنطيسياً ينفذ عبر الرياح الشمسية خلال النظام الشمسي.
كما وأنها تيار مكون من غازات مشحونة كهربيًا تنفث من الشمس إلى الخارج في مختلف الاتجاهات، ونتيجة للتفاعل والاتصال بين الأرض والشمس تتعاقب الفصول الأربعة، وظاهرة الشفق، والأحزمة الإشعاعية، والمناخ والطقس، وحركة تيارات المحيط، وبالرغم من مدى الأهمية التي تمثلها الشمس للإنسان إلا أن هناك عدد من النجوم تبلغ مليارات كثيرة تنتشر بمجرة درب التبانة مثل الشمس.
خصائص الشمس
تمثل الشمس واحدة من النجوم الموجودة في الفضاء، كما وتعتبر النجم المركزي بالمجموعة الشمسية، حيث تدور كواكب المجموعة حولها ومن بينها كوكب الأرض، وتعد الشمس من العناصر بالغة الأهمية في حياة جميع الكائنات الحية لكي تتمكن من العيش والحصول على الدفئ، وهناك العديد من الخصائص التي تميز الشمس ومن أهمها:
تبلغ المسافة التي تفصل ما بين كوكب الأرض والشمس حوالي 150 مليون كيلومتر، وهو ما يعادل ثماني دقائقَ ضوئيّة، كما وتم تقدير بُعد الشمس عما تقع بها من مركز درب التبانة بحوالي ألف سنة ضوئية.
تتألف الشمس من العديد من الطبقات المتعاقبة، أول تلك الطبقات النواة، يليها الإشعاع، ثم منطقة الحملان، إذ تتكون الشمس والتي يسهل رؤيتها عبر التلسكوب الفلكي، إلى أن يأتي الغلاف الجوي للشمس والذي يمثل آخر تلك الطبقات وهو عبارة عن غلاف غازي مكون من طبقتين وهما الكورونا والكروموسفير.
تمثل نواة الشمس أحد أهم الأجزاء التي تتكون الشمس منها، إذ تمتد النواة من مركز الشمس لما يقرب من ربع نصف قطر الشمس، في حين أن كثافتها تبلغ حوالي 150 جرام لكل سنتيمتر مكعب، وهو ما يشير إلى أن كثافتها تزيد عن كثافة الماء بحوالي 150 مرة.
تتألف الشمس بصورة أساسية من الهيليوم بما تبلغ نسبته حوالي 24 بالمئة، ومن غاز الهيدروجين البالغة نسبته حوالي 75 بالمئة.
كيفية تشكل الطاقة الحرارية والضوئية في الشمس
الشمس كتلة ملتهبة غازية تشع طاقة حرارية وضوئية بكافة الاتجاهات بالفضاء، وذلك عبر ما يحدث في نواة الشمس من تفاعلات نووية، والبالغة درجة حرارتها حوالي 16مليون درجة مئوية، إذ تعد الشمس أحد النجوم ذات الحجم المتوسط إذا ما تم مقارنتها بغيرها من النجوم القريب لونها من الاصفرار، ولكن لا يوجد غيرها من النجوم الواقعة بالمجموعة الشمسية.
كما وتعتبر الشمس المصدر الوحيد للطاقة بالمجموعة الشمسية، وأكبر الأجرام من حيث الكتلة إذ أنها تعادل كتلة الشمس بما يقرب من 33 ألف مرة من كتلة الأرض، أما قطرها فيبلغ ما يصل إلى المليون وأربعمائة ألف كيلو متر، بما يعادل 109 أضعاف قطر الكرة الأرضية.
يوجد الكثير من العناصر التي تتكون منها الشمس ولكن أكثرها نسبة هي غاز الهيدروجين، حيث يبلغ حوالي 75 بالمئة من كتلة الشمس، وهو المسئول عن إتمام عملية الاندماج النووي والتي تتحول المادة بها إلى طاقة، وذلك وفقاً لتكافؤ الطاقة والمادة حسب نظرية آينشتاين النسبية.
إذ يتم الاندماج لأربع من ذرات عنصر الهيدروجين ليكون واحدة من ذرات الهيدروجين، وهو ما يترتب عليه انبعاث طاقة حرارية هائلة لسطح الشمس، والبالغة درجة حرارته حوالي 5500 درجة مئوية، وتنتقل تلك الحرارة إلى الفضاء والأرض على هيئة أشعة كهرومغناطيسية محملة على جسيمات الفوتون، ونتيجة لذلك الاندماج تبلغ نسبة الهيليوم بالشمس ما يصل تقريبًا إلى خمسة آلاف وستمائة ضعف كتلة الكرة الأرضية، إلى جانب إنتاج بعض العناصر الأخرى لعل من أشهرها عنصر الكربون.
تعريف الطاقة الحرارية
الطاقة الحرارية (Thermal energy) تمثل واحدة من أشكال الطاقة الحركية، التي تتولد نتيجة حركة جزيئات المادة بسرعة كبيرة للغاية وتصادمها فيما بينها نتيجة تعرضها لدرجة الحرارة المرتفعة، حيث إن الجسيمات كلما تحركت بصورة كبيرة وسريعة ارتفعت الدرجة المسجلة للحرارة، ويتم قياس درجة الحرارة تلك بالفهرنهايت أو الدرجة المئوية، ويذكر أنه من غير الممكن تحويل الطاقة الحرارية بسهولة إلى عمل مفيد.
وتعتبر الطاقة الحرارية أحد أهم أنواع الطاقة بمختلف صورها والتي من الممكن أن تتحول إليها مختلف أشكال الطاقة، ويتناسب مقدارها بالمادة مع حركة الجزيئات تناسباً طردياً، بمعنى أنه كلما كانت طاقة الجسيمات الحركية أكبر كان الأمر كذلك بالنسبة لما تمتلكه المادة من طاقة حرارية.
وتشترك الطاقة الحرارية بمختلف تحولات الطاقة منها الطاقة الناتجة عما يحدث بالشمس من اندماج نووي، والتي تتحول إلى العديد من أشكال الطاقة منها الضوئية والكهربائية والحرارية، كما وتعتبر أساس قيام الأنشطة النباتية والحيوانية والبشرية، ومن المعروف أن الانشطار النووي لذرة اليورانيوم ينتج عنه كمية عظيمة من الطاقة في صورة حرارة.
وفي الواقع لا تتوافر بالطبيعة الطاقة الحرارية بشكل مباشر باستثناء حرارة مصادر المياه الجوفية المولدة بواسطة مختلف الحركات بباطن الأرض، ومن الممكن الاستفادة من الطاقة الحرارية عن طريق أشعة الشمس من خلال تحويل الطاقة الإشعاعية إلى حرارية.
مصادر الطاقة الحرارية
تعتبر الطاقة الحرارية أحد أهم أنواع الطاقة الموجودة على سطح الأرض، والصورة الرئيسية التي يمكن تحول مختلف أشكال الطاقة لها، ويوجد العديد من المصادر التي يمكن من خلالها الحصول على الطاقة الحرارية، وسوف نعرض لكم في الفقرات التالية أهم تلك المصادر:
الطاقة الشمسية
تمثل الطاقة الشمسية (Solar Energy) واحدة من أنواع الطاقة النووية وذلك لأن ما ينطلق عن الشمس من حرارة ينتج عن حدوث تفاعل نووي ترتب عليه إطلاق كمية بالغة من الطاقة الحرارية، وتلك الطاقة تصل على هيئة أشعة إلى كوكب الأرض، والتي تساهم بدورها بصورة رئيسية باستمرارية مظاهر الحياة على سطح الأرض.
الطاقة النووية
تتولد الطاقة النووية (Nuclear Energy) أو التفاعلات النووية نتيجة اتحاد أو انشطار نووي بالمواد المتفاعلة، وهو ما يترتب عليه تحول جزء من المادة صغير الحجم إلى طاقة، وتمثل تلك الطاقة كمية عظيمة من الطاقة الحرارية، ومن أهم أمثلة التفاعلات النووية ما يحدث بالشمس.
الطاقة الكهربائية
تعرف الطاقة الكهربائية في الإنجليزية بـ(Electrical Energy) والتي تنتج عن سريان التيار الكهربي بسلك مقاوم لارتفاع الحرارة في ذلك السلك، وهو ما يترتب عن احتكاك وتصادم الشحنات فيما بينها، ومن ثم تحول الطاقة الكهربائية إلى حرارية.
الطاقة الميكانيكية
تنتج في بعض الأحوال الطاقة الحرارية نتيجة تحول الطاقة الميكانيكية (Mechanical Energy) لحرارة، أما عن تولد الطاقة الميكانيكية فإنه ينتج عن الاحتكاك أو التصادم الداخلي أو الخارجي للأجسام، مثل ما يتسبب به احتكاك اليدين مع بعضهما في الطقس البارد وهو ما يولد طافة حرارية تساعد على رفع حرارتهم وحصولهم على التدفئة.
التفاعلات الكيميائية
تعتبر التفاعلات الكيميائية (Chemical Reaction) التي تحدث بين مختلف أنواع العناصر واحدة من أهم مصادر الطاقة الحرارية، إذ أنها تحدث نتيجة تفاعل مادتين أو أكثرفيما بينهمت لامتصاص أو إطلاق الطاقة الحرارية، مثلما يحدث في احتراق الوقود الكيميائي حين حدوث حالة من التفاعل الكيميائي بين الوقود والأكسجين، ومن ثم تنطلق الطاقة الحرارية.
الحرارة في باطن الأرض
تتولد الطاقة الحرارية بباطن الأرض نتيجة إطلاق ما ينتج من طاقة متبقية عن تحلل العناصر المشعة المتبقية بصورة مستمرة، فضلاً عن توفر الطاقة الحرارية التي تبقت منذ بدء تكوين كوكب الأرض فيما يعود إلى ملايين الأعوام، وتزداد الطاقة الحرارية كلما ازداد العمق بما تقترب معه معدلات الزيادة لما يصل تقريباً للكيلو متر الواحد إلى خمسة وعشرين درجة مئوية، وتنتقل تلك الحرارة بصورة مستمرة في أعماق الأرض من طبقة الوشاح إلى طبقات القشرة السطحية عبر التدخلات النارية.
وبذلك نكون قد تعرفنا في مخزن على ما هو مصدر الحرارة في الطبيعة وهي الشمس التي تعتبر المصدر الرئيسي والأهم لحصول الأرض وجميع من يعيش عليها من احتياجاتهم للحرارة والتدفئة وغيرها من الاستخدامات الأخرى.
