الحرارة

[سمير المرزوق]

الحــــــــرارة
الحــــــــرارة
انتقال الحرارة:
إن درجة حرارة أي جسم من ألأجسام هي درجة سخونته التي تدل على إمكانية انتقال الحرارة منه أو إليه عند ملامسته لجسم آخر . وتتوقف درجة حرارة الجسم على عاملين هما كمية الحرارة التي يكتسبها الجسم أو يفقدها وعلى الحرارة النوعية لهذا الجسم. ويمكن للجسم أن يفقد أو يكتسب الحرارة بإحدى الطرق التالية:
1. التوصيــل . إذا لامس جسم ساخن جسم آخر أبرد منه تنتقل الحرارة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد. كما إن أي جسم إذا سخن أحد أطرافه تسري الحرارة في بقية الجسم ، وتختلف قدرة ألأجسام على انتقال الحرارة من خلالها بالتوصيل فنجدها كبيرة في ألأجسام المعدنية وصغيرة في ألهواء.
2. الحمــــل . يتمدد الهواء المسخن بملاصقته للأرض فتقل كثافته ويصبح خفيفاً عن الهواء المحيط به الذي لم يسخن وبذلك يصعد الهواء الساخن حاملاً معه كمية من الحرارة من السطح إلى الطبقات العليا في حين يحل محله هواء بارد سوف يدفأ بدوره ويعيد الدورة.
3. ألإشعـــــاع . هو انتقال الحرارة بشكل طاقة موجية، وخير مثال على هذه الطريقة هو انتقال حرارة الشمس إلى ألأرض.
درجة حرارة الغلاف الجــــوي
يأخذ الغلاف الجوي حرارته من الشمس بصورة مباشرة وغير مباشرة ، حيث لا تعتمد درجة حرارة الغلاف الجوي على أشعة الشمس بصورة مباشرة بل تعتمد على التوصيل والإشعاع من سطح ألأرض التي اكتسبت حرارتها من أشعة الشمس . وتكون أكبر تأثير لأشعة الشمس عندما تكون عمودية على سطح ألأرض، ويقل هذا التأثير بازدياد درجة ميلها. وتختلف درجة الحرارة بين اليابسة والماء كما يلي:
1. أثناء النهـــار . تكون درجة حرارة السطح اليابس أثناء النهار أعلى من درجة حرارة السطح المائي المجاور للأسباب التالية:
‌أ0 كمية الحرارة التي يكتسبها السطح اليابس من ألإشعاع الشمسي أكبر من الكمية التي يمتصها السطح المائي نظراً لشفافية الماء للإشعاع الشمسي وسماحه له بالنفوذ وبذلك تتوزع الحرارة المكتسبة على طبقة ذات سمك كبير من الماء.
‌ب0 يستخدم جزء من الإشعاع الشمسي في ألأسطح المائية في تبخر المياه.
‌ج0 الحرارة النوعية لليابسة أصغر من الحرارة النوعية للماء.
2. أثناء الليــــل . كمية الحرارة التي يفقدها السطح اليابس أثناء الليل أكبر من كمية الحرارة التي يفقدها السطح المائي المجاور للأسباب التالية:
‌أ0 كمية الإشعاع التي يرسلها السطح اليابس في أول الليل أكبر من الكمية التي يرسلها السطح المائي لأن درجة حرارة السطح اليابس تكون أعلى من درجة حرارة الماء أثناء النهار.
‌ب0 عندما يبدأ السطح المائي في فقدان حرارته أثناء الليل يعود إليه جزء من الحرارة التي تسربت أثناء النهار داخل طبقة الماء السميكة فتعوض جزء من حرارته التي فقدها بالإشعاع.
‌ج0 كمية ألإشعاع المرسلة من بخار الماء فوق السطح المائي إليه أكبر من الكمية المرسلة من بخار الماء فوق السطح اليابس إليه نظراً لأن كمية بخار الماء الموجودة فوق السطح المائي أكبر منها فوق السطح اليابس.
تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع بمعدل متوسط حوالي 3ْ ف /1000 قدم. فمثلا إذا كانت حرارة الغلاف الجوي بالقرب من سطح ألأرض 50 ف فإن درجة الحرارة على ارتفاع 6000 قدم ستكون 32 ف. أحياناً يكون معدل التناقص أكبر من المتوسط وأحياناً أقل منه. في الليالي الصافية الساكنة يبرد الهواء القريب من سطح ألأرض إلى درجة تصبح حرارته منخفضة كثيراً ن درجة حرارة الهواء على ارتفاع حوالي 6000 قدم، وبذا تعطينا ارتفاع عي درجة الحرارة مع الارتفاع بدلاً من ألانخفاض. وفي بعض ألأوقات وجد تزايد ملموس في درجة الحرارة منتشراً في طبقة قد تصل إلى حوالي 2000 قدم وهي طبقة مرتفعة بعض الشئ عن سطح ألأرض ، ويسمى التزايد في درجة الحرارة مع ألارتفاع بالانقلاب الحراري . وإذا كانت المنطقة محصورة بين السطح ولبعض المئات من ألأقدام تسمى بالانقلاب الحراري السطحي.
تأثير السحاب على درجة الحرارة عند سطح ألأرض
يختلف تأثير السحاب على درجة الحرارة في الليل عنه في النهار وكما يلي:
1. أثناء النهــــار . يعترض السحاب ألا شعاع الشمسي الواصل للأرض فيعكس جزء كبير منه كما يمتص جزء من الإشعاع الذي يمر خلاله. وبذلك يسبب السحاب تقليل كمية الشعاع الواصل إلى ألأرض ولذلك يكون ارتفاع درجة الحرارة عند سطح الارض في ألأيام الملبدة بالغيوم أقل منه في ألأيام الصافية تحت نفس الظروف. وكلما زاد سمك السحاب قلت كمية ألإشعاع الواصل إلى سطح ألأرض ويتضح ذلك في السحب السميكة حيث تكون قاعدتها معتمة.

2. أثناء الليــــل . عندما يقابل ألإشعاع الحراري المنبعث من ألأرض قاعدة السحاب فإن السحاب يمتص هذا ألإشعاع بأكمله وذلك لأن قدرة السحاب على ألامتصاص تفوق بكثير قدرة بخار الماء ويقوم بدوره بإرسال إشعاع حراري تكون عادة أقل من درجة حرارة سطح ألأرض.
الحرارة فوق اليابســـــة
يسخن سطح ألأرض ولعمق بضعة بوصات يومياً عند سطوع الشمس، ولكن لا تتجمع الحرارة على السطح يوما بعد يوم لأن الحرارة تشع ثانية إلى الغلاف الجوي كذا تنتقل الحرارة بالتوصيل والحمل. فبالتوصيل تنتقل بعض الحرارة التي يستقبلها سطح ألأرض أثناء النهار إلى طبقة الغلاف الملاصقة لسطح ألأرض، ولكن يكون تأثير هذا ألانتقال محصوراً في طبقة رفيعة جداً إذا لم يكن هنالك حمل، وعلى العموم يكون تأثير التوصيل والحمل صغيراً بالنسبة إلى ألإشعاع. ترتفع درجة حرارة الغلاف الجوي فوق اليابسة بسرعة عند السطح ويستمر ألارتفاع بمعدل أقل إلى أن نصل إلى ألارتفاع 1500 قدم مبتدئة من شروق الشمس حتى الساعة 1400 بالتوقيت المحلي المتوسط.
الحرارة فوق البحــــــر
ينعدم عملياً التغيير اليومي لدرجة حرارة سطح البحر وتبعاً له الهواء الموجود على مستوى سطح البحر وهذا راجع إلى أن أشعة الشمس في الحقيقة تخترق ماء البحر إلى عمق ملموس ولذا فإن ارتفاع حرارة السطح تكون ضعيفة ويعمل التقليب الراجع للأمواج على توزيع حرارة السطح إلى ألأسفل. وتتغير حرارة الهواء فوق البحر أساساً تبعاً لتغيير المنبع الذي تهب منه الريح وإلى تيارات المحيط. وينعدم تأثير السحب على حرارة الهواء فوق البحر المكشوف.
تغيير درجة الحرارة الذاتـــــيً
عندما تتمدد أو تنكمش كتلة معينة من الغاز ( أو الهواء ) من غير أن تكتسب أو تفقد كمية من الحرارة أي أن ( س = صفر ) يسمى هذا التغيير الطارئ على درجة الحرارة بالتغيير الذاتي لدرجة الحرارة.ويحدث هذا التغيير كما يلي:
1. معدل التغيير الذاتي لدرجة الحرارة في الهواء الجاف . المقصود في التغيير الذاتي هو التغيير في درجة الحرارة الناجم عن التغيير في الحجم أما بالتمدد أو بالانكماش دون أن تتسرب أي حرارة إلى الخارج أو تكتسب منه. فعندما يتمدد الغاز ينتشر ويبرد من تلقاء نفسه، وكذلك عندما ينكمش بالتضاغط ترتفع درجة الحرارة من تلقاء نفسها ولذلك أطلق على هذه التغييرات التي تتم على حساب طاقة الغاز الداخلية أسم التغييرات الذاتية. وهي تلعب أهم دور في الجو عندما يتحرك الهواء في ألاتجاه الرأسي فهو عندما يصعد ويقل الضغط الواقع عليه ينتشر ويبرد ، أما في حالة الهبوط فإنه يتضاغط وترتفع درجة حرارته. معدل التبريد والتسخين الذاتي للهواء الجاف يساوي تقريباً 1 5 م / 1000 قدم تقريباً.
2. معدل التغيير الذاتي لدرجة الحرارة في الهواء المشبع . إذا اضطرت كتلة من الهواء المشبع بالصعود إلى ألأعلى فإن درجة حرارته تنخفض بمقدار 1,5 5 م /1000 قدم لأن الهواء يكتسب جزء من الحرارة الكامنة التي تنطلق بالتكثيف فتنقص من معدل تناقص درجة حرارته ويعرف هذا المعدل بمعدل التناقص الحراري الذات المشبع. أما إذا اضطرت هذه الكتلة بالنزول فإن درجة حرارته تزداد بمعدل التناقص الحراري الذاتي الجاف لأن الهواء لم يعد مشبعاً.