ما هو علم الحرارة الإشعاعية

تستخدم في نظم التحكم في درجة الحرارة عدة دوائر كهربائية مثل:

1- مستشعرات الحرارة (Thermistors)

2- مقاومات الحرارة (Resistance Temperature Detectors (RTDs))

3- حساسات الحرارة الإشعاعية (Pyrometers)

4- ترانزستورات التحكم في درجة الحرارة (Temperature Control Transistors)

5- المكثفات الحرارية (Thermal Capacitors)

6- الدوائر المتكاملة الخاصة بالتحكم في درجة الحرارة (Temperature Control Integrated Circuits (ICs))

7- أنظمة الاستشعار اللاسلكية التي تتحكم في درجة الحرارة عن بُعد.

الحرارة الإشعاعية هي أحد أنواع الحرارة التي تنتقل بين جسمين بواسطة الإشعاع الكهرومغناطيسي على شكل موجات، وتعتمد على درجة حرارة الجسم وطبيعته الكيميائية. وتتميز الحرارة الإشعاعية بأنها تنتقل في الفراغ دون وجود وسط ناقل، وتعتبر الشمس هي المصدر الرئيسي للحرارة الإشعاعية. وتكون السطوح السوداء هي الأفضل في امتصاص الحرارة الإشعاعية وتحولها إلى حرارة حركية، بينما تكون الأجسام الفضفاضة هي الأسوأ في استقبال الحرارة الإشعاعية. وتعد الحرارة الإشعاعية أحد العوامل الأساسية في دراسة الطاقة والتدفئة والتبريد في العلوم الحرارية.

توجد عدة أساليب لقياس الحرارة في الفيزياء التجريبية، ومنها:

1- الحرارة المحسوسة: وهي الطريقة الأكثر شيوعاً لقياس الحرارة، حيث يتم الكشف عن تغير درجة الحرارة بواسطة الحواس الخمس (البصر، السمع، الشم، اللمس، الذوق).

2- الحرارة الكهربائية: وهي الطريقة التي يتم فيها قياس الفرق في الجهد الكهربائي الناجم عن تدفق الحرارة عبر مادة موصلة.

3- الحرارة الإشعاعية: وهي الطريقة التي يتم فيها قياس الإشعاع الحراري الناجم عن جسم مشع.

4- الحرارة الحركية: وهي الطريقة التي يتم فيها قياس تحريك الجزيئات في المادة، والتي تتزايد مع زيادة درجة الحرارة.

أنواع الكهرباء:
1- الكهرباء الساكنة (Electrostatics)
2- الكهرباء الديناميكية (Electrodynamics)

أنواع الحرارة:
1- الحرارة المحسوسة (Sensible Heat)
2- الحرارة الكامنة (Latent Heat)
3- الحرارة الإشعاعية (Radiant Heat)

هناك العديد من الطرق المختلفة التي تستخدم لقياس الحرارة في الفيزياء التجريبية. ومن بعض هذه الطرق:

1- مقياس الزئبق: يعتمد هذا الجهاز على انبعاث الزئبق عندما يتغير مستوى الحرارة. ويتم قياس هذا التبدل باستخدام مقاييس أرقام تلائم الدرجات المئوية.

2- قياسات المقاومة الكهربائية: يختلف مقاومة بعض المواد الكهربائية مع تغير درجة الحرارة ويمكن استخدام هذه الخاصية لقياس درجة الحرارة باستخدام الفولتية والتيار.

3- قياسات الضغط الجزيئي: يمكن للجزيئات في الغلاف الجوي تغيير حركاتها العشوائية عندما تتغير درجة الحرارة، ويمكن تحويل هذه الحركة إلى قياسات لدرجات الحرارة في جهاز الضغط الجزيئي.

4- قياس الحرارة الإشعاعية: يمكن استخدام الإشعاع الحراري المنبعث من جسم ما لقياس درجة الحرارة بدقة.

5- الحراريات: تعتمد هذه الطريقة على قياس التبدلات الحرارية الناتجة عن تغيير درجة الحرارة (كما يحدث في الانصهار أو التبخر).

توجد ثلاثة أنواع من الحرارة في الفيزياء، وهي:

1- الحرارة الحركية: وهي الطاقة التي تحملها الجسيمات الدقيقة داخل المادة، وتتحرك هذه الجسيمات بسرعة مختلفة وتصطدم ببعضها البعض، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة المادة.

2- الحرارة الإشعاعية: وهي الطاقة التي تتنقل عن طريق الإشعاع، حيث تنتقل الطاقة من شيء إلى آخر دون وجود مادة وسيطة.

3- الحرارة التوصيلية: وهي الحرارة التي تنتقل من جسم إلى آخر عن طريق التوصيل الحراري، حيث تنتقل الطاقة من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم الأقل سخونة.

يتم نقل الحرارة في الفيزياء بالطرق التالية:

1- التوصيل الحراري: وهو نقل الحرارة من جسم إلى آخر عن طريق التماس بينهما.

2- الإشعاع الحراري: وهو نقل الحرارة عن طريق الإشعاع، حيث ينتقل الحرارة من جسم إلى آخر دون وجود مادة وسيطة.

3- التدفق الحراري: وهو نقل الحرارة عن طريق تدفق المادة الحارة من جسم إلى آخر، مثلما يحدث في حالة تسخين الهواء في الغلاية وتدفقه خلال أنابيب.

تتواجد الحرارة في الفيزياء الحرارية بعدة أشكال، منها:

1- الحرارة الداخلية: وهي الطاقة الحرارية التي تحتويها المادة عندما تتحرك جزيئاتها.

2- الحرارة التي تتنقل بين الجسمين: وتحدث عندما يتم توصيل جسمين بموصل حراري وينتقل الحرارة من جسم إلى الآخر.

3- الحرارة الإشعاعية: وهي الحرارة التي تنتقل عن طريق الإشعاع الحراري، وهو النوع الأسرع من الحرارة.

4- الحرارة النووية: وهي الحرارة التي تنتج عندما يتم اندماج نواة ذرات خفيفة معًا لتشكل نواة أكبر، وتستخدم في إنتاج الطاقة في مفاعلات الطاقة النووية.

حالات الحرارة والطاقة في الفيزياء تشمل:

1- الحرارة الحركية: وهي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته الداخلية لجزيئاته، وتزداد هذه الحرارة عندما يرتفع الجسم في درجة الحرارة.

2- الحرارة الاشعاعية: وهي الطاقة التي ينطلق بها الجسم في شكل أشعة، وتزداد هذه الحرارة عندما يزداد تسارع الجسم.

3- الحرارة الكامنة: وهي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب ترتيب جزيئاته، وتزداد هذه الحرارة عندما يزداد ترتيب الجزيئات.

4- الطاقة الحركية: وهي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته، وتزداد هذه الطاقة عندما يزداد سرعة الجسم.

الحرارة الناتجة عن التحلل الإشعاعي تسمى الحرارة الإشعاعية، وهي عبارة عن الطاقة التي تنتج عندما يتفاعل الإشعاع المؤين مع المادة. وتكون هذه الحرارة في شكل ذبذبات الجزيئات أو ذرات الهواء، وتتخلل الجسم وترفع درجة حرارته. ويتم قياس الحرارة الإشعاعية بوحدة الجول (J) أو الكالوري (cal) في النظام الدولي للوحدات.

تعتمد الاختيار أفضل مصادر الحرارة على الحجم والتصميم ونوع المنزل أو المكتب واحتياجات الحرارة. هناك عدة خيارات شائعة لاستخدامها في المنزل أو المكتب، وتشمل:

1. الحرارة الكهربائية المباشرة: هذه المصادر تستخدم الكهرباء لتسخين الهواء مباشرة وتشمل الأفران الكهربائية والمدافئ والمروحيات الكهربائية والأجهزة الأخرى.

2. الحرارة الهوائية: تشمل هذه المصادر المدافئ المحمولة التي تطلق الحرارة على الهواء المحيط بها وتستخدم مروحة لتوزيعها في الغرفة.

3. الحرارة الإشعاعية: تستخدم هذه المصادر الأشعة الكهرومغناطيسية الطويلة لتسخين الأجسام الموجودة في الغرفة وليس الهواء وتشمل المدافئ الإشعاعية والأجهزة المماثلة.

4. الحرارة المائية: تستخدم هذه المصادر أنابيب الماء الساخن أو الزيت لتسخين الغرفة وتشمل أنظمة التدفئة المركزية والأفران والمدافئ المائية.

يجب اختيار المصدر الذي يناسب حجم الغرفة ومستويات الحرارة المطلوبة وكفاءة الطاقة لتحقيق أفضل النتائج.