كمية الحرارة وقياسها

إنّ كمية الحرارة هي مقياس يقيس مقدار الطاقة الداخلية الكلية للجسم، وتستخدم للتعبير عن الطاقة الحركية التي تنتج من حركة الجزيئات، كما تقيس طاقة الوضع التي تخزن في الروابط بين الجزيئات.

درجة الحرارة

درجة الحرارة هي المؤشر الذي يقيس الطاقة الحرارية الناشئة عن حركة الجزيئات فقط، وتقاس بوحدات قياس مختلفة كالسيلزيوس والفهرنهايت والكلفن وغيرها.

الحرارة النوعيّة

الحرارة النوعية هي كميّة الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة  كيلوغرام واحد من المادة درجة مئوية واحدة وسبب اختلاف الحرارة النوعية من مادة إلى أخرى يعود إلى مدى تراص وترابط ذرات المادة ومن ثم قدرتها على توصيل الحرارة أكبر.

الحرارة الكامنة

هي كمية الحرارة اللازمة لتغيير حالة 1 كيلوجرام من المادة من حالة إلى أخرى دون تغيير في درجة الحرارة (مثل تحول الماء إلى بخار) فعند تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة لا بد وأن تكتسب المادة كمية من الحرارة وهي حرارة الانصهار، وتصبح كامنة في السائل.

وعند تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة تفقد المادة حرارة الانصهار وتصبح مادة صلبة وفي حاله تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية تسمى حرارة تبخر أو الحرارة الكامنة للتصعيد.

مبادئ قياس الحرارة

يعتمد في قياس الحرارة على مبدأين اثنين:

مبدأ التوازن الحراري

عندما تنتقل الحرارة بين جسمين مختلفين في درجة حرارتيهما معزولين عن الوسط الخارجي فإن الجسم الأسخن تنخفض درجة حرارته والجسم الأبرد ترتفع درجة حرارته حتى يحصل بينهما توازن حراري.

مبدأ مصونية الطاقة الحرارية

ويكون حسب هذا المبدأ كمية الحرارة التي يخسرها الجسم الساخن تساوي كمية الحرارة التي يكتسبها الجسم البارد.

واحدة قياس كمية الحرارة

اتفق العلماء قديماً على اتخاذ الحريرة واحدة لقياس كمية الحرارة وقد تم تعريفها كما يلي:

الحريرة هي كمية الحرارة اللازمة لتسخين غراماً واحداً من الماء المقطر درجة واحدة اعتباراً من الدرجة 14.5 درجة سلزيوس وللحريرة مضاعفات هي الحرة حيث واحد حرة تساوي ألف حريرة.

ونظراً لأن الحرارة شكل من أشكال الطاقة فهي تقدر في الجملة الدولية بالجول حيث أن كل واحد حرة تساوي 418‪6 جول.

العوامل التي تتوقف عليها حساب كمية الحرارة

1. إنّ كمية الحرارة التي تكتسبها كمية معينة من جسم تتناسب طرداً مع ارتفاع درجة الحرارة.
2. إنّ كمية الحرارة التي تكتسبها كمية معينة من الجسم لتسخينه إلى درجة حرارة معينة تتناسب طرداً مع كتلة الجسم.
3. إنّ كمية الحرارة التي تكتسبها كمية معينة من الجسم ترتفع درجة حرارتها قدراً معيناً تتوقف على طبيعة مادة الجسم.

قانون كمية الحرارة لتسخين جسم ما

إن كمية الحرارة التي تكتسبها أو تخسرها كتلة معينة من جسم ما تتناسب طرداً مع كتلة الجسم ومع ارتفاع درجة الحرارة وتتوقف على طبيعة المادة.

الحرارة الكتلية

الحرارة الكتلية لجسم ما هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كتلة قدرها غرام واحد من الجسم درجة سلزيوس واحدة وتعرف في الجملة الدولية هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كتلة من الجسم قدرها 1كغ درجة سلزيوس واحدة.

المسعر

لكي نتمكن من العزل عن الوسط الخارجي وتطبيق مبدأ مصونية كمية الحرارة يجب ألا يتم تبادل حراري بين الأجسام المدروسة والوسط الخارجي ولهذه الغاية يستعمل إناء خاص يسمى المسعر.

يتألف المسعر من إناء معدني جدرانه رقيقة ومصقولة من الخارج لكي يعكس الإشعاع الحراري القادم من الوسط الخارجي ويستند إلى مساند من الفلين الرديء النقل للحرارة موجودة في قعر إناء آخر مصقول أيضاً من الداخل.

لكي يعكس الحرارة التي يمكن أن يشعها الإناء الداخلي ويغطى المسعر بقطعة من الفلين أو من مادة عازلة حرارياً للإقلال من انتشار الحرارة بالحمل والنقل فيها ثقبان يخترق أحدهما مخلط ويخترق الآخر ميزان حرارة