abualfawrs
05-03-08, 09:51 AM
مصادر الحرارة
تعتبر الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة الحرارية والتي تزود سطح الكرة الأرضية وغلافها الجوي بهذه الطاقة.
طرق انتقال الحرارة
يكتسب أو يفقد الجسم الحرارة بإحدى الطرق التالية:
• التوصيل Conduction
إذا اتصل جسم ساخن بجسم آخر أبرد منه فإن الحرارة تنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم الأبرد بالتوصيل.
• الحمل: فعند تسخين كمية من السائل من الأسفل فإن درجة حرارة السائل الملاصق لمصدر التسخين ترتفع فتقل كثافته فيرتفع للأعلى حاملا الحرارة التي اكتسبها ويحل محله سائل أبرد. وهذا ما يحدث في الغازات أيضا حيث تعمل تيارات الحمل على نقل الحرارة من الأماكن القريبة من مصدر التسخين إلى الأماكن التي تعلوها.
• الإشعاع: مهما اختلفت درجة حرارة الأجسام فإنها تصدر إشعاعا على شكل أمواج كهر ومغناطيسية، وكلما زادت سخونة الجسم ازدادت شدة الإشعاع الصادر منه.
وفي البداية نستعرض الحقائق التالية:
• إن درجة حرارة سطح الشمس 6000°س بينما متوسط درجة حرارة سطح الأرض 15°س
• يتحول الإشعاع قصير الموجة القادم من الشمس والذي يمتص بواسطة سطح الأرض إلى طاقة حرارية.
• بما إن درجة حرارة سطح الأرض أقل بكثير من درجة السطح الخارجي للشمس فإن الأرض تشع إشعاعا طويل الموجة في مدى يتراوح ما بين 4-80 ميكرون ويسمى هذا الإشعاع بالإشعاع الأرضي.
• إن الأرض في حالة اتزان إشعاعي حيث أنها تشع كمية من الطاقة تعادل نفس كمية الطاقة التي تستقبلها لذلك فان متوسط درجة حرارة سطح الأرض ثابتة تقريبا وتساوي 15°س
• إن هذا الاتزان بين الإشعاع الأرضي والشمسي يتحقق عند معظم خطوط العرض فمثلا نجد في المنطقة الممتدة بين خطي عرض (صفر-35°) في كل من نصفي الكرة الأرضية بأن كمية الطاقة الممتصة تزيد عن كمية الطاقة المنبعثة إلى الفضاء ومن ثم فإنه يوجد فائض في الطاقة في هذه المناطق. وبالمقابل يوجد نقصان في الطاقة في المناطق الممتدة بين خط عرض 35° والقطبين.
• إن الحرارة تنتقل عبر خطوط العرض, من خطوط العرض المنخفضة إلى خطوط العرض العالية ويشمل انتقال الطاقة هذا كل من الغلاف الجوي والمحيطات.
• يساعد على انتقال الطاقة باتجاه خطوط الطول تأثير الدوامات "المرتفعات والمنخفضات الجوية"
انتقال الحرارة في الغلاف الجوي
• إن سطح الأرض يمتص 43% من الإشعاع الشمسي الساقط على قمة الغلاف الجوي.
• يمتص الغلاف نفسه حوالي 22% من الإشعاع قصير الموجة
• إذن في المتوسط هناك حوالي 65% من الإشعاع الشمسي الساقط هو الذي له أثر حراري على سطح الأرض لان حوالي 35% من الأشعة الساقطة تنعكس ثانية إلى الفضاء الخارجي.
• بناء على ذلك يعتبر الغلاف الجوي نفاذا بدرجة كبيرة للإشعاع الشمسي قصير الموجة.
• تمتص اليابسة والمحيطات الطاقة القادمة من الشمس محولة إياها إلى طاقة حرارية, وبناءا عليه ترتفع درجات حرارة المواد الأرضية كل بطريقة خاصة ففي مناطق اليابسة يمتص الإشعاع بواسطة طبقة من القشرة الأرضية سمكها بضع سنتمترات وعليه فإن التغير اليومي لدرجة الحرارة السطحية ملحوظة، أما فوق المسطحات المائية فإن التسخين الناتج عن امتصاص الماء لا يؤثر فقط في الطبقات السطحية للماء بل ينتقل هذا التسخين هابطا من السطح عن طريق تيارات الحمل التي تنقل الطاقة الحرارية إلى أعماق ملحوظة.
كمية الحرارة المكتسبة = الكتلة×الحرارة النوعية×التغير في درجة الحرارة
العوامل التي تعتمد عليها درجة حرارة الجسم Up
1- كمية الحرارة التي يكتسبها الجسم أو يفقدها
إذا كانت كمية الحرارة المكتسبة أكبر من المفقودة فإن درجة الحرارة ترتفع أما إذا كانت الكمية المفقودة أكبر من المكتسبة فإن درجة الحرارة تنخفض.
2- الحرارة النوعية لمادة الجسم
إذا كانت الحرارة النوعية للجسم صغيرة كلما ارتفعت أو انخفضت درجة حرارته بدرجة أكبر من الجسم الذي حرارته النوعية كبيرة.
تعريف الحرارة النوعية هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة الحرارة وحده الكتل من المادة درجة سلسيوس واحدة.
اختلاف درجة الحرارة عند سطح الأرض بين اليابسة والماء
أثناء النهار: تكون درجة حرارة سطح اليابسة أثناء النهار أعلى من درجة حرارة السطح المائي المجاور وذلك للأسباب التالية:
• إن كمية الحرارة التي تكتسبها اليابسة من الإشعاع الشمسي أكبر من الكمية التي يكتسبها السطح المائي نظرا لشفافية الماء للإشعاع وسماحه له بالنفوذ, وبذلك تتوزع الحرارة المكتسبة على طبقة ذات سمك كبير من الماء.
• إن الحرارة النوعية لليابسة أقل من الحرارة النوعية للماء .
أثناء الليل: تكون درجة حرارة سطح اليابسة ليلا أبرد من السطح المائي المجاور وذلك للأسباب التالية :
• كمية الحرارة التي تفقدها اليابسة أثناء الليل أكبر من كمية الحرارة التي يفقدها السطح المائي المجاور لأن كمية الإشعاع طويل الموجة التي تنبعث من سطح اليابسة تكون في الليل أكبر من التي يبعثها السطح المائي لأن درجة حرارة اليابسة تكون أعلى من درجة حرارة الماء أثناء النهار.
• عندما يبدأ السطح المائي بفقدان حرارته أثناء الليل يعود إليه جزء من الحرارة التي تسربت أثناء النهار داخل طبقة الماء السميكة فتعوض جزءً من حرارته التي فقدها بالإشعاع .
• الحرارة النوعية لليابسة أقل من الحرارة النوعية للماء.
تأثير الغيوم على درجة الحرارة عند السطح
أثناء النهار
عندما تعترض الغيوم الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض فإنه يعكس جزءا كبيرا منه كما أنه يمتص جزءا من الإشعاع الذي يمر خلاله وبذلك تسبب الغيوم تقليل كمية الإشعاع الواصل إلى سطح الأرض.
ولذلك يكون ارتفاع درجة الحرارة عند سطح الأرض في الأيام المغيمة أقل منه في الأيام الصافية في نفس الظروف وكلما زاد سمك السحاب قلت كمية الإشعاع الواصل إلى سطح الأرض ولذلك فان السحب السميكة تكون قاعدتها معتمة.
• أثناء الليل
ترتفع درجة حرارة ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والسحب وذلك بامتصاصها للإشعاع الأرضي ونتيجة لذلك تشع هذه المواد نفسها إشعاعا طويل الموجة يعود جزءً منه ثانية إلى سطح الأرض لذلك فإن الليالي التي تتواجد فيها الغيوم تكون درجة الحرارة أعلى من الليالي التي تكون فيها السماء صافية والسبب لأن الأرض عندما تصدر الإشعاع تصطدم هذه الإشعاعات بالغيوم فتمتص جزء منها وتعكس الجزء الآخر.
تعتبر الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة الحرارية والتي تزود سطح الكرة الأرضية وغلافها الجوي بهذه الطاقة.
طرق انتقال الحرارة
يكتسب أو يفقد الجسم الحرارة بإحدى الطرق التالية:
• التوصيل Conduction
إذا اتصل جسم ساخن بجسم آخر أبرد منه فإن الحرارة تنتقل من الجسم الساخن إلى الجسم الأبرد بالتوصيل.
• الحمل: فعند تسخين كمية من السائل من الأسفل فإن درجة حرارة السائل الملاصق لمصدر التسخين ترتفع فتقل كثافته فيرتفع للأعلى حاملا الحرارة التي اكتسبها ويحل محله سائل أبرد. وهذا ما يحدث في الغازات أيضا حيث تعمل تيارات الحمل على نقل الحرارة من الأماكن القريبة من مصدر التسخين إلى الأماكن التي تعلوها.
• الإشعاع: مهما اختلفت درجة حرارة الأجسام فإنها تصدر إشعاعا على شكل أمواج كهر ومغناطيسية، وكلما زادت سخونة الجسم ازدادت شدة الإشعاع الصادر منه.
وفي البداية نستعرض الحقائق التالية:
• إن درجة حرارة سطح الشمس 6000°س بينما متوسط درجة حرارة سطح الأرض 15°س
• يتحول الإشعاع قصير الموجة القادم من الشمس والذي يمتص بواسطة سطح الأرض إلى طاقة حرارية.
• بما إن درجة حرارة سطح الأرض أقل بكثير من درجة السطح الخارجي للشمس فإن الأرض تشع إشعاعا طويل الموجة في مدى يتراوح ما بين 4-80 ميكرون ويسمى هذا الإشعاع بالإشعاع الأرضي.
• إن الأرض في حالة اتزان إشعاعي حيث أنها تشع كمية من الطاقة تعادل نفس كمية الطاقة التي تستقبلها لذلك فان متوسط درجة حرارة سطح الأرض ثابتة تقريبا وتساوي 15°س
• إن هذا الاتزان بين الإشعاع الأرضي والشمسي يتحقق عند معظم خطوط العرض فمثلا نجد في المنطقة الممتدة بين خطي عرض (صفر-35°) في كل من نصفي الكرة الأرضية بأن كمية الطاقة الممتصة تزيد عن كمية الطاقة المنبعثة إلى الفضاء ومن ثم فإنه يوجد فائض في الطاقة في هذه المناطق. وبالمقابل يوجد نقصان في الطاقة في المناطق الممتدة بين خط عرض 35° والقطبين.
• إن الحرارة تنتقل عبر خطوط العرض, من خطوط العرض المنخفضة إلى خطوط العرض العالية ويشمل انتقال الطاقة هذا كل من الغلاف الجوي والمحيطات.
• يساعد على انتقال الطاقة باتجاه خطوط الطول تأثير الدوامات "المرتفعات والمنخفضات الجوية"
انتقال الحرارة في الغلاف الجوي
• إن سطح الأرض يمتص 43% من الإشعاع الشمسي الساقط على قمة الغلاف الجوي.
• يمتص الغلاف نفسه حوالي 22% من الإشعاع قصير الموجة
• إذن في المتوسط هناك حوالي 65% من الإشعاع الشمسي الساقط هو الذي له أثر حراري على سطح الأرض لان حوالي 35% من الأشعة الساقطة تنعكس ثانية إلى الفضاء الخارجي.
• بناء على ذلك يعتبر الغلاف الجوي نفاذا بدرجة كبيرة للإشعاع الشمسي قصير الموجة.
• تمتص اليابسة والمحيطات الطاقة القادمة من الشمس محولة إياها إلى طاقة حرارية, وبناءا عليه ترتفع درجات حرارة المواد الأرضية كل بطريقة خاصة ففي مناطق اليابسة يمتص الإشعاع بواسطة طبقة من القشرة الأرضية سمكها بضع سنتمترات وعليه فإن التغير اليومي لدرجة الحرارة السطحية ملحوظة، أما فوق المسطحات المائية فإن التسخين الناتج عن امتصاص الماء لا يؤثر فقط في الطبقات السطحية للماء بل ينتقل هذا التسخين هابطا من السطح عن طريق تيارات الحمل التي تنقل الطاقة الحرارية إلى أعماق ملحوظة.
كمية الحرارة المكتسبة = الكتلة×الحرارة النوعية×التغير في درجة الحرارة
العوامل التي تعتمد عليها درجة حرارة الجسم Up
1- كمية الحرارة التي يكتسبها الجسم أو يفقدها
إذا كانت كمية الحرارة المكتسبة أكبر من المفقودة فإن درجة الحرارة ترتفع أما إذا كانت الكمية المفقودة أكبر من المكتسبة فإن درجة الحرارة تنخفض.
2- الحرارة النوعية لمادة الجسم
إذا كانت الحرارة النوعية للجسم صغيرة كلما ارتفعت أو انخفضت درجة حرارته بدرجة أكبر من الجسم الذي حرارته النوعية كبيرة.
تعريف الحرارة النوعية هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة الحرارة وحده الكتل من المادة درجة سلسيوس واحدة.
اختلاف درجة الحرارة عند سطح الأرض بين اليابسة والماء
أثناء النهار: تكون درجة حرارة سطح اليابسة أثناء النهار أعلى من درجة حرارة السطح المائي المجاور وذلك للأسباب التالية:
• إن كمية الحرارة التي تكتسبها اليابسة من الإشعاع الشمسي أكبر من الكمية التي يكتسبها السطح المائي نظرا لشفافية الماء للإشعاع وسماحه له بالنفوذ, وبذلك تتوزع الحرارة المكتسبة على طبقة ذات سمك كبير من الماء.
• إن الحرارة النوعية لليابسة أقل من الحرارة النوعية للماء .
أثناء الليل: تكون درجة حرارة سطح اليابسة ليلا أبرد من السطح المائي المجاور وذلك للأسباب التالية :
• كمية الحرارة التي تفقدها اليابسة أثناء الليل أكبر من كمية الحرارة التي يفقدها السطح المائي المجاور لأن كمية الإشعاع طويل الموجة التي تنبعث من سطح اليابسة تكون في الليل أكبر من التي يبعثها السطح المائي لأن درجة حرارة اليابسة تكون أعلى من درجة حرارة الماء أثناء النهار.
• عندما يبدأ السطح المائي بفقدان حرارته أثناء الليل يعود إليه جزء من الحرارة التي تسربت أثناء النهار داخل طبقة الماء السميكة فتعوض جزءً من حرارته التي فقدها بالإشعاع .
• الحرارة النوعية لليابسة أقل من الحرارة النوعية للماء.
تأثير الغيوم على درجة الحرارة عند السطح
أثناء النهار
عندما تعترض الغيوم الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض فإنه يعكس جزءا كبيرا منه كما أنه يمتص جزءا من الإشعاع الذي يمر خلاله وبذلك تسبب الغيوم تقليل كمية الإشعاع الواصل إلى سطح الأرض.
ولذلك يكون ارتفاع درجة الحرارة عند سطح الأرض في الأيام المغيمة أقل منه في الأيام الصافية في نفس الظروف وكلما زاد سمك السحاب قلت كمية الإشعاع الواصل إلى سطح الأرض ولذلك فان السحب السميكة تكون قاعدتها معتمة.
• أثناء الليل
ترتفع درجة حرارة ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والسحب وذلك بامتصاصها للإشعاع الأرضي ونتيجة لذلك تشع هذه المواد نفسها إشعاعا طويل الموجة يعود جزءً منه ثانية إلى سطح الأرض لذلك فإن الليالي التي تتواجد فيها الغيوم تكون درجة الحرارة أعلى من الليالي التي تكون فيها السماء صافية والسبب لأن الأرض عندما تصدر الإشعاع تصطدم هذه الإشعاعات بالغيوم فتمتص جزء منها وتعكس الجزء الآخر.