استخدامات الطاقة الحرارية
هناك العديد من الاستخدامات الهامة للطاقة الحرارية ، ومنها ما يلي:
تجفيف
التجفيف الحراري هو عملية تُعرف باسم تجفيف المواد الصلبة عن طريق تقليل رطوبتها من خلال التسخين ، حيث تنتقل الطاقة الحرارية إلى تلك المواد إما من خلال التسخين بالحمل الحراري ، أو من خلال ملامسة الأسطح الساخنة ، أو التسخين بالإشعاع.
طبخ
إن تعرض الطعام للتسخين يقضي على جميع الكائنات الحية الدقيقة الموجودة فيه ، مما يجعله صالحًا للأكل ومستهلكًا ، ويسهل عملية الهضم ، فعندما تتعرض السوائل والطعام لكميات كبيرة من الطاقة الحرارية ، تمتص جزيئاتها تلك الطاقة ، وتبدأ في الاصطدام. ويهتز مع بعضهما البعض ، فهذا يساعد الطعام على النضوج بسرعة.
الخبز
يتطلب الخبز درجات حرارة أعلى بكثير من طهي الطعام ، وبالتالي يتطلب وقودًا أكثر مما هو مستخدم لمعالجة الحبوب وتحويلها إلى سلع مخبوزة صالحة للأكل.
تبريد
تستخدم الطاقة الحرارية لتبريد الأطعمة ، بالاعتماد على المبردات الحرارية التي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة تبريد.
التدفئة
تستخدم الطاقة الحرارية ، التي يتم إنتاجها من خلال احتراق مصادر الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي والفحم والنفط ، في مصادر التدفئة المختلفة ، بالإضافة إلى مصادر أخرى مثل الطاقة الحرارية الأرضية والحرارة الشمسية.
التدخين
يعتبر التدخين من الطرق المستخدمة لحفظ الأطعمة المراد تخزينها ، حيث يتم استخدام الأفران المصنوعة من الطوب في هذه العملية من أجل توفير تكاليف التشغيل ، وتقليل المخاطر الصحية التي قد يتعرض لها العمال.
توليد الكهرباء
تستخدم الطاقة البخارية الناتجة عن احتراق الغاز الطبيعي والنفط لتوليد الطاقة الحرارية المستخدمة لتدوير المولدات وتوليد الطاقة الكهربائية.
تعريف الطاقة الحرارية
تُعرَّف الطاقة الحرارية بأنها أحد أنواع الطاقة التي تنتج عن حركة الجزيئات الجزيئية والذرية في المادة. يعود أول اكتشاف للطاقة الحرارية إلى عام 1847 م ، بواسطة عالم الرياضيات والفيزيائي الإنجليزي جيمس بريسكوت جول.
نقل الطاقة الحرارية
هناك ثلاث طرق تنتقل بها الطاقة الحرارية من الأماكن الساخنة أو الغازات أو السوائل أو الأجسام إلى أماكن أكثر برودة ، وهذه الطرق تأتي على النحو التالي:
إشعاع
هي عملية انتقال الحرارة على شكل ضوء ، ويمكن أن تنتقل الحرارة من خلال الضوء المرئي ، أو الضوء غير المرئي ، ويمكن للحرارة المشعة أن تمر عبر سائل أو غاز أو فراغ ، حيث قد تتحرك أو تعكس الإشعاع ، مثل النار أو ضوء الشمس.
الحمل
هذا ما يحدث عندما تنتقل الحرارة من خلال حركة السوائل ، وعندها يبدأ الحمل الحراري فقط عندما تتباين درجة حرارة أسطح الأجسام الغازية أو الصلبة أو السائلة ، وعلى سبيل المثال ، يصبح الماء البارد ماءًا ساخنًا عندما ترتفع درجة حرارته.
توصيل
هذا ما يحدث عندما تمر الحرارة عبر مواد صلبة لترفع درجة حرارة كل شيء خلفها ، تمامًا كما تقوم درجة الحرارة الخارجية والشمس بتسخين جسم السيارة ، ثم ترتفع درجة حرارة السيارة من الداخل.
استخدامات الطاقة الحرارية
تدخل الطاقة الحرارية في استخدامات حرارية مختلفة ، من أهمها ما يلي:
- يستخدم الخشب في المواقد التقليدية لتوليد الطاقة الحرارية التي تستخدم في الطهي وتسخين المياه والعديد من الاستخدامات المنزلية الأخرى.
- تستخدم الطاقة الحرارية من خلال تجميعها في محطات توليد الطاقة الحرارية ، واستخدامها لتسخين المياه ، وعملية إنتاج البخار الذي يتم توجيهه بعد ذلك إلى مصدر واحد لتشغيل التوربينات التي تنتج الكهرباء.
- تستخدم الطاقة الحرارية لتدفئة حمامات السباحة خاصة في فصل الشتاء.
- أرضيات التدفئة ومشعات التدفئة المستخدمة لتدفئة المنازل.
- يتم استخدامه في مجفف الملابس الذي يحصل على الطاقة الكهربائية لتحويله إلى طاقة حرارية يعتمد عليها في تجفيف الملابس.
- يستخدم في مصانع الحديد في عمليات صهر المواد وإعادة تشكيلها بشكل آخر.
- تشارك في جميع الصناعات ، مثل محطات الغاز الطبيعي والكهرباء ومصانع الورق.
استخدامات الطاقة الشمسية الحرارية
توجد استخدامات عديدة للطاقة الحرارية ، منها:
- عادة ما يتم الحصول على الطاقة الحرارية الشمسية من خلال استخدام أجهزة الاستقبال والعاكسات التي تركز وتجمع طاقة الشمس.
- تعمل الأجهزة على زيادة الطاقة الطبيعية للشمس إلى أضعاف قوتها الطبيعية ودرجة حرارتها ، مع زيادة بعض أنواع الأنظمة من شدتها إلى أكثر من 100 مرة من قوتها المعتادة.
- تركز هذه التقنيات عادةً طاقة الشمس على أنبوب يحتوي على سائل ناقل للحرارة يستخدم لتنشيط توربينات المياه من أجل إنتاج الكهرباء.
- تتضمن بعض الأنظمة نظام تخزين يساعد على الاحتفاظ بالحرارة ليلاً ، عند عدم وجود ضوء الشمس ، ويضمن هذا النظام توفيرًا مستمرًا للطاقة.
مصادر الطاقة الحرارية
تتعدد المصادر التي يتم الحصول منها على الطاقة الحرارية ، ومن أهمها:
- الشمس: حيث يمكن الحصول على الطاقة الحرارية من خلال احتراق المشتقات النفطية المختلفة مثل البنزين والغاز والغاز.
- الطاقة الجوفية: هو ما يتم الحصول عليه من الطاقة عبر المياه الجوفية التي يتم تسخينها بسبب ارتفاع درجة حرارة الأرض بواسطة البراكين.
- الطاقة النووية: أجرى العلماء العديد من التجارب على عنصر اليورانيوم المشع عن طريق تقسيم حرارته إلى أجزاء صغيرة لإنتاج الطاقة الحرارية التي تستخدم في إنتاج الطاقة الكهربائية.
- فحم: يستخدم الفحم لتشغيل الآلات والمصانع ، وهو ما تم اتباعه قبل اكتشاف النفط
مزايا الطاقة الحرارية الجوفية
تتواجد الطاقة الحرارية الجوفية في القشرة الأرضية ، ولها عدة مزايا منها:
- متوفرة باستمرار على عكس الأنواع الأخرى من الطاقة المتجددة.
- وتعتبر من أنظف أنواع الطاقة ، فهي أنظف من الغاز الطبيعي.
- لا تحتاج إلى وقود أحفوري في عملية إنتاجها.
- إنه نوع غير مكلف إلى حد ما من الطاقة.