الريم الجفول
13-11-2010, 15:03
ـ كيف تنتقل الحرارة من مكان إلى آخر في نفس المادة ؟
ـ كيف تنتقل الحرارة من مكان إلى آخر ولكن بين عدة أنواع من المواد ؟ كيف يمكن أن نمنع انتقال الحرارة ( حينما تكون غير مرغوب فيها ) ؟
ـ لعلك تفكر ( مثلاً ) كيف تصلنا حرارة الشمس قاطعة مسافة مقدارها 150 مليون كم ( البعد بين الشمس والارض ) .
سنحاول الإجابة عن هذه الأسئلة وغيرها من خلال بعض الظواهر المألوفة لنا ، ومن تجارب بسيطة يمكن للدارسين أن يجربوها بأنفسهم .
تجربة (1) : انتقال الحرارة بالتوصيل Conduction
الأدوات اللازمة : إبريق شاي في حالة غليان محتوياته ، ملعقة شاي .
طريقة العمل :
تحذير : الشاي أو الماء المغلي خطير ويحرق الجلد ، إملأ (مع الانتباه) كأس الشاي واستخدمها لإجراء عملية التحريك .
ـ حرّك الشاي باستخدام الملعقة الصغيرة واتركها في الكأس لبضع ثوانٍ ثم المس طرفها العلوي ، ماذا تلاحظ ؟
ـ كم من الوقت يمكنك أن تستمر في التحريك ( يمكنك ان تقدر الوقت عن طريق العدد من واحدة .. اثنان .. ثلاثة ) .
ـ ما نوع مقبض إبريق الشاي ( أو إبريق غليان الماء تحت الضغط أي إبريق صغير ) ؟
ـ اذكر ثلاث أدوات أخرى في المطبخ تصنع مقابضها من مواد شبيهة ؟
ـ لماذا تستعمل أمك فوط من القماش او قفازات سميكة لتناول الصواني من فرن الغاز ؟
ـ لماذا تصنع أوعية الطبخ ( الطناجر والمقالي ) من المعدن ، بينما تصنع مقابضها من البلاستيك أو الخشب ؟
ـ هل استخدمت مصطلح موصل للحرارة Conductor أو مادة موصلة للحرارة ، ومصطلح عازل Insulator أو مادة عازلة للحرارة من قبل ؟
ـ اضرب خمسة أمثلة لمواد موصلة للحرارة نستخدمها في حياتنا العادية .
ـ اضرب ثلاثة أمثلة لمواد عازلة للحرارة نستخدمها في حياتنا اليومية .
ـ النحاس موصل جيد للحرارة وكذلك الحديد ، كيف يمكنك أن تختبر ما إذا كانا يتمتعان بنفس درجة التوصيل أو أنهما يختلفان في درجة التوصيل ؟ اكتب طريقة الاختبار كاملة . لمساعدتك فيما يلي ثمانية أسلاك من الحديد والنحاس استخدم أي اثنين مناسبين منها لإجراء اختبارات تقودك إلى معرفة أيهما أجود توصيلاً الحديد أم النحاس ؟ ما المواد الأخرى اللازمة لإتمام الاختبار ؟
1. سلك حديد قطره 7 ملم .
أربعة أسلاك طول كل واحد منها 50 سم ودرجة حرارته 30ْم وهي :
2. سلك حديد قطره 8 ملم .
3. سلك نحاس قطره 8 ملم .
4. سلك نحاس قطره 7
وأربعة أسلاك طول كل واحد منها 40 سم ودرجة حرارته 30ْم وهي :
6. سلك حديد قطره 8 ملم .
7. سلك نحاس قطره 7 ملم .
8. سلك نحاس قطره 8 ملم .
ـ لماذا يصلح السلكان رقم ( 1 ) ورقم ( 4 ) لإجراء الاختبار ؟
ـ لماذا لا يصلح السلكان رقم ( 5 ) ورقم ( 8 ) لإجراء الاختبار ؟
ـ لماذا لا يصلح السلكان رقم ( 2 ) ورقم ( 7 ) لإجراء الاختبار ؟
ـ ما الشروط الواجب توافرها في السلكين لإجراء المقارنة ؟
ـ ما أزواج الأسلاك التي يُمكنك استخدامها في إجراء الاختبارات التالية :
* أثر طول السلك على توصيل الحرارة في الحديد .
* أثر قُطر السلك على توصيل الحرارة في الحديد .
* أثر طول السلك على توصيل الحرارة في النحاس .
* أثر قُطر السلك على توصيل الحرارة في النحاس .
ـ ما هي الأدوات والمواد الاخرى التي تلزمك لإتمام الاختبار ؟
ـ كرر الاختبارين السابقين على النحاس ؟
ـ تختلف درجة التوصيل الحراري حسب نوع المادة ويمكن أن نصنف المواد من حيث توصيلها في عمودين كما يلي :
مواد رديئة التوصيل للحرارة
مواد جيدة التوصيل للحرارة
البلاستيك
الفضة
ضع كل مادة من المواد التالية في العمود الذي يناسبها من العمودين.
الألومنيوم ، الكوبالت ، الزجاج ، الفولاذ ، الصخر ، قطعة نقود معدنية ، حزام من الجلد ، شوكة الطعام ، مقبض السكين ، الصوف ، الهواء.
الخلاصة :
الجزيئات المجاورة للمنطقة الحارة تسخن فتنتقل الحرارة للجزيئات القريبة منها الواحد تلو الآخر .
الجزيئات المجاورة للمنطقة الباردة تعطي جزءاً من طاقتها للجليد فتبرد وتعوض هذه الطاقة من الجزيئات المجاورة الواحد تلو الآخر فتبرد الجزيئات البعيدة بالتدريج .
مُلاحظات : ـ الجزيئات مكبرة ملايين الملايين من المرات .
ـ الجزيئات الرمادية تمثل الجزيئات عند درجة حرارة
الغرفة .
ـ الجزيئات الحمراء هي الجزيئات الساخنة .
ـ الجزيئات الخضراء هي الجزيئات الباردة .
يحدث التوصيل الحراري في المواد الصلبة حيث تهتز الجزيئات فيها موضعياً ، وحيث يمنح كل جزيء منها الطاقة التي يكتسبها للجزيء المجاور له دون أن يغادر الجزيء مكانه .
انتقال الحرارة بالحمل Convection
تمهيد :
لا تنتقل الحرارة بالتوصيل في الماء ولا في الهواء ، فكيف نتمكن من غلي الماء في الإبريق ، وكيف نسخن الهواء بواسطة مدفأة الغاز أو الكهرباء أو الحطب؟
ـ عرفنا من البند السابق أن الطاقة الحرارية تنتقل من جزيء إلى آخر عن طريق التوصيل ، ويتم ذلك بانتقال الطاقة فقط دون انتقال الجزيئات نفسها . فما وجه الاختلاف بين انتقال الطاقة الحرارية في الماء والهواء وانتقالها بالتوصيل في المعادن .
وجه الاختلاف ببساطة هو أن الجزيئات الساخنة بعد أن تسخن تغادر مكانها حاملة معها الطاقة لتحل محلها جزيئات أبرد لتسخن بدورها وتغادر مكانها بعد ذلك وهكذا ... إذن تحدث في هذه الحالة تيارات صاعدة وأخرى هابطة تسمى بجموعها تيارات الحمل لأن الجزيئات الساخنة تصعد إلى أعلى وتأتي جزيئات باردة من أسفل لتحل محلها .
الرياح الموسمية : The monsoon
ما الذي يجعل الرياح تعصف ؟ إنها تيارات الحمل ؟
ما هو الريح ؟ إنه هواء متحرك ، لكن كيف يتمكن الهواء من التحرك ؟
الأمر في غاية البساطة : يصعد الهواء الساخن إلى أعلى مبتعداً عن سطح الأرض ، فيتحرك الهواء البارد مقترباً من سطح الأرض ليحل محله ، وهكذا تتكون الرياح .
الرياح الموسمية الصيفية تسبب هطول أمطار غزيرة في فصل الصيف على البلدان القريبة من خط الاستواء كبلدان جنوب شرق آسيا مثل الهند وأندونيسيا وغيرها ، وبلدان وسط إفريقيا مثل كينيا وزائير وجنوب السودان وغيرها . فكيف تتكون وتسقط هذه الأمطار ؟
الرياح الموسمية كما ذكرنا هي تيارات حمل هوائية ، وهي تتحرك نتيجة فرق درجات الحرارة بين اليابسة والبحر . تسخن اليابسة في الصيف أسرع مما يسخن البحر ( اليابسة تمتص الحرارة وتسخن أسرع بكثير من الماء ) فتُسخِّن الهواء فوقها فيرتفع إلى أعلى ويأتي هواء بارد مشبع بالرطوبة من البحر ليحل محله فيسخن بدوره ويصعد إلى أعلى إلى ارتفاع يُقارب 2 - 10 كيلو متر فيتكاثف بخار الماء مكوناً سُحُباً مُمطرة تسقط أمطاراً غزيرة تسبب فيضانات كارثية في أحيان كثيرة . أما في الشتاء فينعكس الوضع
المطر الأحمر أو المطر الرملي Red Rain
يعاني أهل أوروبا ومناطق حوض البحر الأبيض المتوسط في فصلي الشتاء والربيع من أمطار تنزل محملة بالأتربة والغبار ، فكيف يحدث هذا ؟ إن تيارات الحمل الهوائية التي تحدث في شمال إفريقيا هي المسؤولة عن ذلك في أوروبا ، فهذه التيارات الهوائية الساخنة الصاعدة إلى أعلى تحمل معها غبار الصحراء إلى مناطق الجو العليا ، وينتقل بعد ذلك الغُبار الرملي شمالاً إلى أوروبا ويسقط عليها بعد ذلك مع ماء المطر . أما في دول الشرق الأوسط فتؤدي ذرات الغبار من الصحراء الإفريقية والصحراء العربية إلى ذات الظاهرة في الشتاء وفي الربيع .
تمرين : أكمل الفراغات في العبارات التالية :
1. تنتقل الحرارة بالحمل في الموائع وهي --------- و ---------- .
2. لا يمكن أن تنتقل الحرارة بالحمل في المواد --------- لأن جزيئاتها لا يمكنها مغادرة أماكنها .
3. الرياح الموسمية الصيفية تسبب سقوط أمطار غزيرة شمال وجنوب خط --------- وبالقرب منه .
4. الأمطار الحمراء الرملية في أوروبا والشرق الأوسط سببها ذرات غبار حملتها تيارات الحمل من الصحراء -------- والصحراء -------- .
5. كثيراً ما ينتج الأمطار الموسمية ------------- تؤدي إلى كوارث في كثير من دول جنوب شرق آسيا .
الخلاصة :
تنتقل الطاقة الحرارية بالتوصيل في المواد الصلبة حيث تنتقل الطاقة ولا تنتقل الجزيئات ، أما في حال انتقال الطاقة الحراية بالحمل في الموائع ( المواد السائلة والغازية ) فتنتقل الجزيئات نفسها حاملة معها الطاقة الحرارية .
انتقال الحرارة بالإشعاع
تمهيد : درسنا حتى الآن طريقتي انتقال الحرارة بالتوصيل ( ويحدث ذلك في المواد الصلبة ) وبالحمل (ويحدث ذلك في السوائل والغازات) ، فهل يوجد طريقة أو طرق أخرى لانتقال الحرارة بين الأجسام غير هاتين الطريقتين ، هذا ما سنعرفه الآن من دراسة بعض الظواهر الحياتية.
1. ضع يدك تحت زجاجة مصباح كهربائي ساخن على بعد بضعة سنتيمترات منها ، إنك تحس بالحرارة تصل إلى يدك ، فكيف وصلت ؟
2. ضع مدفأة كهربائية على طاولة أو كرسي ، وضع يدك تحتها ، تصلك الحرارة أيضاً .
3. الشمس تبعد عن الأرض مسافة 150 مليون كم ومع ذلك تصل حرارتها إلى الأرض .
لا شك أن الحرارة لم تنتقل بالتوصيل في الظواهر الثلاث السابقة . فالهواء موصل رديء للحرارة ، وكذلك معظم المسافة بين الأرض والشمس هي في الواقع العملي فراغ أو بها كمية لا تكاد تذكر من الغازات رديئة التوصيل للحرارة .
لا تصل الحرارة كذلك إلى يدك وإلى الأرض بالحمل لأن تيارات الحمل ترفع الهواء الساخن إلى أعلى فكيف وصلت الحرارة ؟ لا شك أنها وصلت بطريقة ثالثة غيرهما . تسمى طريقة انتقال الحرارة بالإشعاع . فحينما يسخن سلك المدفأة الكهربائية فإنه يشع كميات من الحرارة في جميع الاتجاهات ، لذلك تحس بدفء يديك لو وضعتها في أي موضع قرب المدفاة ، يميناً أو يساراً ، أعلى أو أسفل .
ينتقل الإشعاع الحراري في الفراغ وعبر المواد الشفافة المختلفة وهو يمر فيها دون إحداث تغييراتٍ ملموسة في درجات حرارتها . فهو يخترق الهواء مثلاً دون أن يسخنه . ولكن ماذا يحدث للإشعاع الحراري إذا سقط على مواد غير شفافة ؟
ـ الأجسام المعتمة كالأرض اليابسة مثلاً تمتص معظم الإشعاع الحراي الذي يسقط عليها فتسخن وتُسخن الهواء الملامس لها فيصعد إلى أعلى بسبب انخفاض كثافته (نتيجة التسخين) ، ويأتي هواء أثقل وأبرد منه من أعلى ومن جهة البحر ليحل محله فيسخن بدوره ويرتفع .
تنعكس الأشعة عن الأجسام المصقولة اللماعة أو الأجسام البيضاء أو الأجسام فاتحة الألوان عموماً . لهذا تُطلى خزانات البترول بدهانٍ أبيض لامع حتى تعكس الأشعة .
تدريب : اذكر ثلاثة أمثلة منزلية أخرى تصلك الحرارة فيها بطريقة الإشعاع .
ماذا يحدث للإشعاع الحراري حينما يسقط على الأجسام ؟
ـ استخدم ما يتوفر لديك من المواد في إجراء الاختبارات التالية :
أ. خذ قطعتين متشابهتين قدر الإمكان في الطول والحجم واحدة من الحديد والأخرى من الزجاج ضعهما في الشمس ( أو أمام مدفأة حسب الحالة الجوية ) متجاورتين ، اتركهما لبضع دقائق ، ماذا تلاحظ بالنسبة لسخونة كلاً منهما .
ـ لماذا سخنت قطعة الحديد أكثر من الزجاج مع أنهما في نفس الجو ؟
ـ ماذا حدث للإشعاع الحراري الذي سقط على الزجاج ؟
ـ ماذا حدث للإشعاع الحراي الذي سقط على الحديد ؟
ب. غير مواد التجربة السابقة مستخدماً قطعاً من النحاس ، الخشب ، البلاستيك ، الرخام ، الألومنيوم ، ... الخ . كرر التجربة عدة مرات لتتأكد من صحة النتائج .
ـ أجب عن أسئلة مشابهة للسابقة ( الواردة في أ ) فيما يتعلق بالمواد التي استخدمتها في (ب) ؟
ج. خذ قطعتين متشابهتين من الحديد ، لف واحدة منهما بورق أبيض ، والأخرى بورق من نفس النوع أسود اللون ( أو لون الورقة بقلم اسود أو بالفحم ) . ضع القطعتين متجاورتين تحت أشعة الشمس ( أو أمام المدفأة ) بعض الوقت ، فك غلاف القطعتين ولاحظ أيهما أسخن ؟ كرر التجربة عدة مرات لتتأكد من صحة النتائج .
ـ لماذا سخنت إحدى القطعتين أكثر من الأخرى ؟
ـ ما المتغير الوحيد بين القطعتين ؟
ـ ماذا يحدث لسخونة قطعة الزجاج لو طليناها بمسحوق الفحم ؟
الخلاصة : عندما يسقط الإشعاع الحراري على الجسم فإن معظمة :
أ. ينعكس إذا كان الجسم ---------- وقسم ضئيل منه يمتص وآخر ينفذ .
ب. يمتص : إذا كان الجسم أسود اللون وقسم ضئيل منه -------- وآخر -------- .
ج. ينفذ إذا كان الجسم -------- وقسم ضئيل منه ينعكس وآخر يمتص .
ـ كيف تنتقل الحرارة من مكان إلى آخر ولكن بين عدة أنواع من المواد ؟ كيف يمكن أن نمنع انتقال الحرارة ( حينما تكون غير مرغوب فيها ) ؟
ـ لعلك تفكر ( مثلاً ) كيف تصلنا حرارة الشمس قاطعة مسافة مقدارها 150 مليون كم ( البعد بين الشمس والارض ) .
سنحاول الإجابة عن هذه الأسئلة وغيرها من خلال بعض الظواهر المألوفة لنا ، ومن تجارب بسيطة يمكن للدارسين أن يجربوها بأنفسهم .
تجربة (1) : انتقال الحرارة بالتوصيل Conduction
الأدوات اللازمة : إبريق شاي في حالة غليان محتوياته ، ملعقة شاي .
طريقة العمل :
تحذير : الشاي أو الماء المغلي خطير ويحرق الجلد ، إملأ (مع الانتباه) كأس الشاي واستخدمها لإجراء عملية التحريك .
ـ حرّك الشاي باستخدام الملعقة الصغيرة واتركها في الكأس لبضع ثوانٍ ثم المس طرفها العلوي ، ماذا تلاحظ ؟
ـ كم من الوقت يمكنك أن تستمر في التحريك ( يمكنك ان تقدر الوقت عن طريق العدد من واحدة .. اثنان .. ثلاثة ) .
ـ ما نوع مقبض إبريق الشاي ( أو إبريق غليان الماء تحت الضغط أي إبريق صغير ) ؟
ـ اذكر ثلاث أدوات أخرى في المطبخ تصنع مقابضها من مواد شبيهة ؟
ـ لماذا تستعمل أمك فوط من القماش او قفازات سميكة لتناول الصواني من فرن الغاز ؟
ـ لماذا تصنع أوعية الطبخ ( الطناجر والمقالي ) من المعدن ، بينما تصنع مقابضها من البلاستيك أو الخشب ؟
ـ هل استخدمت مصطلح موصل للحرارة Conductor أو مادة موصلة للحرارة ، ومصطلح عازل Insulator أو مادة عازلة للحرارة من قبل ؟
ـ اضرب خمسة أمثلة لمواد موصلة للحرارة نستخدمها في حياتنا العادية .
ـ اضرب ثلاثة أمثلة لمواد عازلة للحرارة نستخدمها في حياتنا اليومية .
ـ النحاس موصل جيد للحرارة وكذلك الحديد ، كيف يمكنك أن تختبر ما إذا كانا يتمتعان بنفس درجة التوصيل أو أنهما يختلفان في درجة التوصيل ؟ اكتب طريقة الاختبار كاملة . لمساعدتك فيما يلي ثمانية أسلاك من الحديد والنحاس استخدم أي اثنين مناسبين منها لإجراء اختبارات تقودك إلى معرفة أيهما أجود توصيلاً الحديد أم النحاس ؟ ما المواد الأخرى اللازمة لإتمام الاختبار ؟
1. سلك حديد قطره 7 ملم .
أربعة أسلاك طول كل واحد منها 50 سم ودرجة حرارته 30ْم وهي :
2. سلك حديد قطره 8 ملم .
3. سلك نحاس قطره 8 ملم .
4. سلك نحاس قطره 7
وأربعة أسلاك طول كل واحد منها 40 سم ودرجة حرارته 30ْم وهي :
6. سلك حديد قطره 8 ملم .
7. سلك نحاس قطره 7 ملم .
8. سلك نحاس قطره 8 ملم .
ـ لماذا يصلح السلكان رقم ( 1 ) ورقم ( 4 ) لإجراء الاختبار ؟
ـ لماذا لا يصلح السلكان رقم ( 5 ) ورقم ( 8 ) لإجراء الاختبار ؟
ـ لماذا لا يصلح السلكان رقم ( 2 ) ورقم ( 7 ) لإجراء الاختبار ؟
ـ ما الشروط الواجب توافرها في السلكين لإجراء المقارنة ؟
ـ ما أزواج الأسلاك التي يُمكنك استخدامها في إجراء الاختبارات التالية :
* أثر طول السلك على توصيل الحرارة في الحديد .
* أثر قُطر السلك على توصيل الحرارة في الحديد .
* أثر طول السلك على توصيل الحرارة في النحاس .
* أثر قُطر السلك على توصيل الحرارة في النحاس .
ـ ما هي الأدوات والمواد الاخرى التي تلزمك لإتمام الاختبار ؟
ـ كرر الاختبارين السابقين على النحاس ؟
ـ تختلف درجة التوصيل الحراري حسب نوع المادة ويمكن أن نصنف المواد من حيث توصيلها في عمودين كما يلي :
مواد رديئة التوصيل للحرارة
مواد جيدة التوصيل للحرارة
البلاستيك
الفضة
ضع كل مادة من المواد التالية في العمود الذي يناسبها من العمودين.
الألومنيوم ، الكوبالت ، الزجاج ، الفولاذ ، الصخر ، قطعة نقود معدنية ، حزام من الجلد ، شوكة الطعام ، مقبض السكين ، الصوف ، الهواء.
الخلاصة :
الجزيئات المجاورة للمنطقة الحارة تسخن فتنتقل الحرارة للجزيئات القريبة منها الواحد تلو الآخر .
الجزيئات المجاورة للمنطقة الباردة تعطي جزءاً من طاقتها للجليد فتبرد وتعوض هذه الطاقة من الجزيئات المجاورة الواحد تلو الآخر فتبرد الجزيئات البعيدة بالتدريج .
مُلاحظات : ـ الجزيئات مكبرة ملايين الملايين من المرات .
ـ الجزيئات الرمادية تمثل الجزيئات عند درجة حرارة
الغرفة .
ـ الجزيئات الحمراء هي الجزيئات الساخنة .
ـ الجزيئات الخضراء هي الجزيئات الباردة .
يحدث التوصيل الحراري في المواد الصلبة حيث تهتز الجزيئات فيها موضعياً ، وحيث يمنح كل جزيء منها الطاقة التي يكتسبها للجزيء المجاور له دون أن يغادر الجزيء مكانه .
انتقال الحرارة بالحمل Convection
تمهيد :
لا تنتقل الحرارة بالتوصيل في الماء ولا في الهواء ، فكيف نتمكن من غلي الماء في الإبريق ، وكيف نسخن الهواء بواسطة مدفأة الغاز أو الكهرباء أو الحطب؟
ـ عرفنا من البند السابق أن الطاقة الحرارية تنتقل من جزيء إلى آخر عن طريق التوصيل ، ويتم ذلك بانتقال الطاقة فقط دون انتقال الجزيئات نفسها . فما وجه الاختلاف بين انتقال الطاقة الحرارية في الماء والهواء وانتقالها بالتوصيل في المعادن .
وجه الاختلاف ببساطة هو أن الجزيئات الساخنة بعد أن تسخن تغادر مكانها حاملة معها الطاقة لتحل محلها جزيئات أبرد لتسخن بدورها وتغادر مكانها بعد ذلك وهكذا ... إذن تحدث في هذه الحالة تيارات صاعدة وأخرى هابطة تسمى بجموعها تيارات الحمل لأن الجزيئات الساخنة تصعد إلى أعلى وتأتي جزيئات باردة من أسفل لتحل محلها .
الرياح الموسمية : The monsoon
ما الذي يجعل الرياح تعصف ؟ إنها تيارات الحمل ؟
ما هو الريح ؟ إنه هواء متحرك ، لكن كيف يتمكن الهواء من التحرك ؟
الأمر في غاية البساطة : يصعد الهواء الساخن إلى أعلى مبتعداً عن سطح الأرض ، فيتحرك الهواء البارد مقترباً من سطح الأرض ليحل محله ، وهكذا تتكون الرياح .
الرياح الموسمية الصيفية تسبب هطول أمطار غزيرة في فصل الصيف على البلدان القريبة من خط الاستواء كبلدان جنوب شرق آسيا مثل الهند وأندونيسيا وغيرها ، وبلدان وسط إفريقيا مثل كينيا وزائير وجنوب السودان وغيرها . فكيف تتكون وتسقط هذه الأمطار ؟
الرياح الموسمية كما ذكرنا هي تيارات حمل هوائية ، وهي تتحرك نتيجة فرق درجات الحرارة بين اليابسة والبحر . تسخن اليابسة في الصيف أسرع مما يسخن البحر ( اليابسة تمتص الحرارة وتسخن أسرع بكثير من الماء ) فتُسخِّن الهواء فوقها فيرتفع إلى أعلى ويأتي هواء بارد مشبع بالرطوبة من البحر ليحل محله فيسخن بدوره ويصعد إلى أعلى إلى ارتفاع يُقارب 2 - 10 كيلو متر فيتكاثف بخار الماء مكوناً سُحُباً مُمطرة تسقط أمطاراً غزيرة تسبب فيضانات كارثية في أحيان كثيرة . أما في الشتاء فينعكس الوضع
المطر الأحمر أو المطر الرملي Red Rain
يعاني أهل أوروبا ومناطق حوض البحر الأبيض المتوسط في فصلي الشتاء والربيع من أمطار تنزل محملة بالأتربة والغبار ، فكيف يحدث هذا ؟ إن تيارات الحمل الهوائية التي تحدث في شمال إفريقيا هي المسؤولة عن ذلك في أوروبا ، فهذه التيارات الهوائية الساخنة الصاعدة إلى أعلى تحمل معها غبار الصحراء إلى مناطق الجو العليا ، وينتقل بعد ذلك الغُبار الرملي شمالاً إلى أوروبا ويسقط عليها بعد ذلك مع ماء المطر . أما في دول الشرق الأوسط فتؤدي ذرات الغبار من الصحراء الإفريقية والصحراء العربية إلى ذات الظاهرة في الشتاء وفي الربيع .
تمرين : أكمل الفراغات في العبارات التالية :
1. تنتقل الحرارة بالحمل في الموائع وهي --------- و ---------- .
2. لا يمكن أن تنتقل الحرارة بالحمل في المواد --------- لأن جزيئاتها لا يمكنها مغادرة أماكنها .
3. الرياح الموسمية الصيفية تسبب سقوط أمطار غزيرة شمال وجنوب خط --------- وبالقرب منه .
4. الأمطار الحمراء الرملية في أوروبا والشرق الأوسط سببها ذرات غبار حملتها تيارات الحمل من الصحراء -------- والصحراء -------- .
5. كثيراً ما ينتج الأمطار الموسمية ------------- تؤدي إلى كوارث في كثير من دول جنوب شرق آسيا .
الخلاصة :
تنتقل الطاقة الحرارية بالتوصيل في المواد الصلبة حيث تنتقل الطاقة ولا تنتقل الجزيئات ، أما في حال انتقال الطاقة الحراية بالحمل في الموائع ( المواد السائلة والغازية ) فتنتقل الجزيئات نفسها حاملة معها الطاقة الحرارية .
انتقال الحرارة بالإشعاع
تمهيد : درسنا حتى الآن طريقتي انتقال الحرارة بالتوصيل ( ويحدث ذلك في المواد الصلبة ) وبالحمل (ويحدث ذلك في السوائل والغازات) ، فهل يوجد طريقة أو طرق أخرى لانتقال الحرارة بين الأجسام غير هاتين الطريقتين ، هذا ما سنعرفه الآن من دراسة بعض الظواهر الحياتية.
1. ضع يدك تحت زجاجة مصباح كهربائي ساخن على بعد بضعة سنتيمترات منها ، إنك تحس بالحرارة تصل إلى يدك ، فكيف وصلت ؟
2. ضع مدفأة كهربائية على طاولة أو كرسي ، وضع يدك تحتها ، تصلك الحرارة أيضاً .
3. الشمس تبعد عن الأرض مسافة 150 مليون كم ومع ذلك تصل حرارتها إلى الأرض .
لا شك أن الحرارة لم تنتقل بالتوصيل في الظواهر الثلاث السابقة . فالهواء موصل رديء للحرارة ، وكذلك معظم المسافة بين الأرض والشمس هي في الواقع العملي فراغ أو بها كمية لا تكاد تذكر من الغازات رديئة التوصيل للحرارة .
لا تصل الحرارة كذلك إلى يدك وإلى الأرض بالحمل لأن تيارات الحمل ترفع الهواء الساخن إلى أعلى فكيف وصلت الحرارة ؟ لا شك أنها وصلت بطريقة ثالثة غيرهما . تسمى طريقة انتقال الحرارة بالإشعاع . فحينما يسخن سلك المدفأة الكهربائية فإنه يشع كميات من الحرارة في جميع الاتجاهات ، لذلك تحس بدفء يديك لو وضعتها في أي موضع قرب المدفاة ، يميناً أو يساراً ، أعلى أو أسفل .
ينتقل الإشعاع الحراري في الفراغ وعبر المواد الشفافة المختلفة وهو يمر فيها دون إحداث تغييراتٍ ملموسة في درجات حرارتها . فهو يخترق الهواء مثلاً دون أن يسخنه . ولكن ماذا يحدث للإشعاع الحراري إذا سقط على مواد غير شفافة ؟
ـ الأجسام المعتمة كالأرض اليابسة مثلاً تمتص معظم الإشعاع الحراي الذي يسقط عليها فتسخن وتُسخن الهواء الملامس لها فيصعد إلى أعلى بسبب انخفاض كثافته (نتيجة التسخين) ، ويأتي هواء أثقل وأبرد منه من أعلى ومن جهة البحر ليحل محله فيسخن بدوره ويرتفع .
تنعكس الأشعة عن الأجسام المصقولة اللماعة أو الأجسام البيضاء أو الأجسام فاتحة الألوان عموماً . لهذا تُطلى خزانات البترول بدهانٍ أبيض لامع حتى تعكس الأشعة .
تدريب : اذكر ثلاثة أمثلة منزلية أخرى تصلك الحرارة فيها بطريقة الإشعاع .
ماذا يحدث للإشعاع الحراري حينما يسقط على الأجسام ؟
ـ استخدم ما يتوفر لديك من المواد في إجراء الاختبارات التالية :
أ. خذ قطعتين متشابهتين قدر الإمكان في الطول والحجم واحدة من الحديد والأخرى من الزجاج ضعهما في الشمس ( أو أمام مدفأة حسب الحالة الجوية ) متجاورتين ، اتركهما لبضع دقائق ، ماذا تلاحظ بالنسبة لسخونة كلاً منهما .
ـ لماذا سخنت قطعة الحديد أكثر من الزجاج مع أنهما في نفس الجو ؟
ـ ماذا حدث للإشعاع الحراري الذي سقط على الزجاج ؟
ـ ماذا حدث للإشعاع الحراي الذي سقط على الحديد ؟
ب. غير مواد التجربة السابقة مستخدماً قطعاً من النحاس ، الخشب ، البلاستيك ، الرخام ، الألومنيوم ، ... الخ . كرر التجربة عدة مرات لتتأكد من صحة النتائج .
ـ أجب عن أسئلة مشابهة للسابقة ( الواردة في أ ) فيما يتعلق بالمواد التي استخدمتها في (ب) ؟
ج. خذ قطعتين متشابهتين من الحديد ، لف واحدة منهما بورق أبيض ، والأخرى بورق من نفس النوع أسود اللون ( أو لون الورقة بقلم اسود أو بالفحم ) . ضع القطعتين متجاورتين تحت أشعة الشمس ( أو أمام المدفأة ) بعض الوقت ، فك غلاف القطعتين ولاحظ أيهما أسخن ؟ كرر التجربة عدة مرات لتتأكد من صحة النتائج .
ـ لماذا سخنت إحدى القطعتين أكثر من الأخرى ؟
ـ ما المتغير الوحيد بين القطعتين ؟
ـ ماذا يحدث لسخونة قطعة الزجاج لو طليناها بمسحوق الفحم ؟
الخلاصة : عندما يسقط الإشعاع الحراري على الجسم فإن معظمة :
أ. ينعكس إذا كان الجسم ---------- وقسم ضئيل منه يمتص وآخر ينفذ .
ب. يمتص : إذا كان الجسم أسود اللون وقسم ضئيل منه -------- وآخر -------- .
ج. ينفذ إذا كان الجسم -------- وقسم ضئيل منه ينعكس وآخر يمتص .