أساسيات الكيمياء

الحرارة هي نوع من أنواع نقل الطاقة، والتي تحدث نتيجة لفارق في درجات الحرارة. تتم نقل الحرارة دائمًا من الجسم الساخن إلى الجسم البارد.

يمكن قياس درجة حرارة جسم ما باستخدام ميزان حراري يحتوي على مستودع للزئبق متصل بشعيرة رفيعة. عند تسخين المستودع، يتمدد الزئبق في الشعيرة. يظهر ارتفاع زئبق أكبر عند درجة حرارة أعلى.

لقياس درجات الحرارة، يتعين أن يتوفر معنا مقياس لدرجات الحرارة. قام عالم الفلك السويدي أندرس سيلسيوس بتطوير ما يُعرف بمقياس سيلسيوس لدرجات الحرارة. يتخذ نقطة انصهار الماء، التي يُعين لها قيمة 0 درجة سيلسيوس، ونقطة غليانها عند ضغط الهواء الجوي الذي يُعين لها قيمة 100 درجة سيلسيوس. بين هذين النقطتين يوجد مئة تقسيم، وكل تقسيم يُمثل درجة سيلسيوس واحدة.

مقياس درجات الحرارة الذي يُستخدم على نطاق واسع في الولايات المتحدة هو مقياس فهرنهايت. في هذا المقياس، يتم اعتبار نقطة تجمد الماء ونقطة غليانه عند 32 درجة فهرنهايت و212 درجة فهرنهايت على التوالي.

في العالم العلمي، تُعرب درجات الحرارة بوحدة الكلفن. يتميز هذا المقياس بأنه يأخذ الصفر كأدنى درجة حرارة يمكن أن تحدث، ولذلك يُسمى مقياس درجات الحرارة المطلق.

تأتي العلاقات بين المقاييس المختلفة لدرجات الحرارة عن طريق المعادلات الرياضية التالية:

درجة الحرارة هي خاصية فيزيائية تصف المستوى الحراري لجسم أو نظام. القياس الدقيق للحرارة أمر ضروري في مجموعة واسعة من المجالات، بدءًا من الفيزياء والكيمياء إلى علم الأرصاد الجوية والهندسة. للتعبير عن درجات الحرارة ومقارنتها، يتم استخدام مقاييس متنوعة لدرجات الحرارة، كل منها بخصائصه وتطبيقاته الخاصة.

مقياس سيلسيوس: مرجع شائع في الحياة اليومية

مقياس سيلسيوس، المعروف أيضًا باسم المقياس المئوي، هو واحد من مقاييس درجات الحرارة الأكثر استخدامًا في جميع أنحاء العالم. أنشأه الفلكي السويدي أندرس سيلسيوس في القرن الثامن عشر، ولديه نقاط مرجعية محددة بوضوح: يتم تحديد نقطة تجمد الماء عند 0 درجة سيلسيوس، بينما يتم وضع نقطة غليانه عند 100 درجة سيلسيوس عند الضغط الجوي العادي.

مقياس فهرنهايت: يستخدم في الولايات المتحدة وبعض الدول الأخرى

طوِّر الفيزيائي الألماني دانيال غابرييل فهرنهايت، ويُستخدم مقياس فهرنهايت على نطاق واسع في الولايات المتحدة وفي الدول التي اعتمدت نظام الوحدات الأمريكي. في هذا المقياس، تكون نقطة تجمد الماء عند 32 درجة فهرنهايت، ونقطة غليانه عند 212 درجة فهرنهايت.

مقياس كلفن: مرتبط بالطاقة الحرارية المطلقة

مقياس كلفن هو وحدة حرارية في النظام الدولي للوحدات (SI) ويتصل بالصفر المطلق، أدنى درجة حرارة نظرياً يمكن أن تحدث. في هذا المقياس، يُعرف الصفر المطلق بـ 0 كلفن. العلاقة بين مقياس كلفن والدرجات سيلسيوس بسيطة: 0 درجة سيلسيوس تساوي 273.15 كلفن.

مقياس كلفن مفيد بشكل خاص في العلوم والتكنولوجيات التي تشمل عملياتًا في درجات حرارة متدنية للغاية، مثل التبريد الشديد. بالإضافة إلى ذلك، قوانين تشارلز وبويل، التي تصف سلوك الغازات عند درجات حرارة وضغوط مختلفة، أسهل التعبير عنها في مقياس كلفن.

الصفر المطلق: حد نظري لا يمكن الوصول إليه

الصفر المطلق، نظريًا أبرد درجة حرارة يمكن أن تحدث، يقع عند 0 كلفن. في هذه الحرارة، لا تحتوي الجسيمات في النظام على طاقة حرارية ويتوقف حركتها. على الرغم من أن الوصول إلى الصفر المطلق يعتبر مستحيلاً عمليًا، إلا أن العلماء نجحوا في التقرب كثيرًا من هذه الحرارة في تجارب التبريد الشديد.

مقاييس الحرارة في البحث العلمي والهندسة

في البحث العلمي والهندسة، تعد مقاييس الحرارة أمورًا أساسية لفهم والتحكم في مجموعة متنوعة من الظواهر. من اندماج النووي في قلب النجوم إلى تبريد المكونات الإلكترونية، توفر مقاييس الحرارة قياسًا كميًا يتيح للعلماء والمهندسين توصيف وتوقع سلوك المواد والأنظمة.

الختام: تنوع مقاييس الحرارة

في الختام، تُعتبر مقاييس الحرارة أدوات أساسية في وصف العالم الحراري من حولنا. سواء كنا نستخدم مقياس سيلسيوس المألوف في الحياة اليومية، أو مقياس فهرنهايت في بعض المناطق، أو مقياس كلفن في الأبحاث العلمية المتقدمة، تسمح لنا هذه المقاييس بقياس وفهم الطاقة الحرارية الموجودة في محيطات وعمليات متنوعة. من الصفر المطلق إلى الحرارة الإشعاعية، تظل مقاييس الحرارة نافذة حيوية نحو فهم الفيزياء الحرارية وتطبيقها في ميدان العلوم والتكنولوجيا.