إنتقال الحرارة: الحمل والتوصيل والإشعاع

كان فيليب وكيم يلعبان خارجا في الثلج، لكنهما بدئا بالتجمد بعد بعض الوقت، فقررا الذهاب للداخل للتدفئة. لنقف بالقرب من المدفأة! هذه طريقة جيدة للتدفؤ بسرعة - المدفأة أدفأ بكثير من كيم وفيليب. بسبب فارق الحرارة هذا، تنتقل الحرارة من المدفأة إلى جسميهما الأبرد. نسمي هذا بانتقال الحرارة. لكن كيف تنتقل الحرارة بين الأشياء؟ للمدفأة غلاف معدنى مليء بالماء الساخن والبخار. عندما تلمس سطح المدفأة، فإنها تكون ساحنة. تنتقل الحرارة من الماء إلى المعدن، ثم إلى يدك عبر الاتصال المباشر. يسمى هذا بالتوصيل الحراري. تنقل مواد كالمعادن الحرارة بشكل جيد. إنها تسمى موصلات. لكنني لا أشعر بشيء... هذا لأنك ما زلت ترتدي قفازات صوفية سميكة فيليب. لا يوصل الصوف الحرارة جيدا - إنه منخفض التوصيل. تسمى المواد مثله بالعوازل. الهواء نوع آخر من العوازل، لذا فهو لا يوصل الحرارة جيدا أيضا. لذا كيف من الممكن أن تشعر بالدفئ رغم أنك لم تلمس المدفأة؟ ربما لاحظت أنه عندما تسخن الأشياء كثيرا، فإنها تبدأ بالتوهج - كالنار والأسلاك داخل محمصة الخبز. هذا التوهج هو الجزء المرئي من الموجات الكهرومغناطيسية. كل شيء حولنا في الواقع يُشع ويمتص تلك الموجات، لكننا عادة لا نراها، إلا إذا استخدمنا كاميرا للأشعة تحت الحمراء مثلا. تُحمل الحرارة بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية تلك. يسمى هذا بالإشعاع الحراري. الإشعاع، تماما كالضوء، لا يحتاج لأي نوع من المادة - أو الوسط - لينتقل. يمكنه الانتقال حتى في الفراغ! هكذا تصل الحرارة من الشمس إلى الأرض، وكيف تُدفئ يدك من حرارة المدفأة رغم أنك لا تلمسها. لكن إن وضعت يدك فوق المدفأة، فستشعر بحرارة أكثر مما إن وضعتها بجانبك. هذا بسبب كيفية تحرك الهواء حول المدفأة. يسخن الهواء القريب من المدفأة بفعل التوصيل والإشعاع. الهواء الساخن أقل كثافة ووزنا من الهواء البارد، لذا فهو يطفو للأعلى - فوق المدفأة وصعودا إلى السقف، ثم يبرد هناك ببطئ ويصبح أثقل، ثم يغطس الهواء البارد لقاع الغرفة، فيسخن بفعل المدفأة ويطفو للأعلى مجددا. تنتشر الحرارة عبر الغرفة لأن الهواء يتحرك. تسمى هذه الطريقة لانتقال الحرارة بالحمل الحراري. تنتقل الحرارة بالحمل الحراري في الغازات كالهواء أو البخار، والسوائل كالماء مثلا. هناك ثلاث طرق لانتقال الحرارة: - التوصيل - عندما تنتقل الحرارة بواسطة الاتصال المباشر بين الأشياء أو المواد، - والإشعاع - عندما تنتقل الحرارة عبر الفضاء بين الأشياء المختلفة، - والحمل - عندما تتدفق الحرارة بين السوائل والغازات. معرفة كيفية انتقال الحرارة تساعدنا على تدفئة أيدينا بسرعة. هل يمكنك التفكير في أمثلة أخرى لما يمكننا استخدام معرفتنا عن انتقال الحرارة به في الحياة اليومية؟