مصادر الحرارة الطبيعية والصناعية وكذلك استخدامات الطاقة الحرارية، كما سنوضح أنواع أوساط انتقال الطاقة الحرارية، وكذلك سنتحدث عن مصادر الطاقة الحرارية الجوفية، وكل هذا من خلال مقالنا هذا تابعوا معنا.
مصادر الحرارة الطبيعية والصناعية
1- مصادر الحرارة الطبعية:
– الطاقة الشمسية:
يُستخدم الإشعاع الشمسي في إنتاج الحرارة، وتسريع التفاعلات الكيميائية، وتوليد الطاقة الكهربائية، مع التشديد على أنّ حجم الطاقة الشمسية الساقط على الأرض أعلى بكثير من حاجة الأرض للطاقة، لذلك يمكن الاعتماد عليها في المستقبل للحصول على حاجتها من الطاقة، ومن الجدير بالذكر أنّ الطاقة الشمسية أصبحت ذات أهمية كبيرة وأكثر استخداماً في القرن الـ21 كمصدر للطاقة المتجددة، وذلك لكونها غير قابلة للنفاد وغير ملوِّثة على عكس مصادر الطاقة غير المتجددة.
– الحرارة الجوفية:
تعرَّف الحرارة الجوفية على أنّها الحرارة الصادرة من باطن الأرض، وهي نوع من أنواع مصادر الطاقة المتجددة، لأنّ الحرارة تُنتَج بشكل مستمر في باطن الأرض، وتُستخدم في تسخين المياه، وتدفئة المباني، وتوليد الطاقة الكهربائية.
– طاقة الرياح:
هي الطاقة الناتجة عن حركة الرياح، إذ يتمّ توليد الطاقة من خلال توربينات الرياح التي تعمل على تحويل الطاقة الحركية في الرياح إلى طاقة ميكانيكية أو طاقة كهربائية، والتي يمكن استخدامها في مهام محددة مثل؛ طحن الحبوب، أو ضخ المياه.
– الطاقة الحيوية:
هي طاقة عُضويّة تُنتَج في الأصل عن الكائنات الحية، بما فيها الخشب، والنبات، وفضلات الحيوانات، ويمكن تحويل الهيدروكربونات المُكوّنة لهذه المواد إلى طاقة كهربائية بطرق مباشرة مثل الحرق، وغير مباشرة مثل التخمير وتحويلها لوقود طبيعي.
– الطاقة الهيدروليكية:
هي الطاقة الناتجة عن حركة الماء، وقد بدأ استخدامها منذ أكثر من 2000 سنة من قِبل الإغريق، إذ استخدموها في تحريك النواعير لطحن الحبوب، واليوم هي من أكبر مصادر الطاقة المتجددة جدوى في إنتاج الطاقة الكهربائية، والنرويج هي الدولة الوحيدة التي تعتمد على الطاقة الهيدروليكية في توليد الطاقة الكهربائية بنسبة 99%، كما ويعد مشروع الممرات الثلاث في الصين من أهم مشاريع الطاقة المتجددة، إذ يغطي حاجات 70-80 مليون أسرة، بسعة إنتاجية تصل إلى 80-100 تيرا واط/ساعة لكل سنة.
2- مصادر الحرارة الصناعية:
– الكهرباء:
من مصادر الحرارة التي نعتمد عليها في الحصول عليها، فانسياب الكهرباء من خلال موصلات الكهرباء يؤدي إلى الحصول على الحرارة التي يعتمد عليها تشغيل الكثير من الأجهزة، مثل: الأفران الكهربائية، أجهزة التجفيف وأجهزة التدفئة والمكوى، وغيرهم.
والحرارة الناتجة عن الكهرباء تحدث نتيجة تصادم الشحنات مع بعضها البعض الذي يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة السلك الذي تسير فيه والذي يكون مغلف بمواد قادرة على عزل هذه الطاقة الكهربائية التي تتحول إلى طاقة حرارية بعد ذلك.
– الاحتكاك
الاحتكاك هو القوة المقاومة التي تحدث عند تحرك سطحين متلاصقين باتجاهين متعاكسين عندما يكون بينهما قوة ضاغطة تعمل على تلاحمهما معًا، فينتج عن هذه العملية حرارة. يحدث الاحتكاك بين المواد الصلبة أو المواد السائلة أو الغازية أو أي تشكيلة منهم.
الاحتكاك يعد من مصادر الحرارة؛ حيث تنتج حرارة من احتكاك جسمين ببعضهما البعض، وهو بالضبط ما يحدث عندما نقوم بعملية الاحتكاك بين كفي اليدين في البرد فينتج عنه حرارة تشعرنا بالدفء، وهذا هو نفس السبب الذي يسبب إشعال النار عند احتكاك قطعتين من الخشب ببعضهما، أو احتكاك حجرين.
على الرغم من قدرة الاحتكاك على توليد الحرارة إلا أنه مصدر غير مرغوب فيه من مصادر الحرارة؛ لأن الاحتكاك يمكن أن يترتب عليه تآكل للأجزاء مما يؤدى إلى إفساد الأشياء؛ لذلك يتم تزويد الآلات التي تتكون من أجزاء تحتك ببعضها بالزيوت لتخفيف حدة الاحتكاك، وتفسد هذه الآلات إذا نقص الزيت.
– التفاعلات الكيميائية واحتراق الوقود:
عندما يحترق أي نوع من أنواع الوقود مثل الفحم والخشب والغاز الطبيعي فإنّ المواد الموجودة في هذا الوقود تتحد مع الأكسجين الموجود في الهواء فتكوّن نارًا، ونحن نعرف أنّ النار مصدر من مصادر الحرارة.
تتعدد استخدامات النار في حياتنا؛ فنار الموقد نستخدمها في الطهي، كما نستخدم نار الفحم والوقود والغاز في تدفئة البنايات والمنازل، واحتراق البترول في السيارات هو الذي يساعدها على التحرك فتسير السيارة على النحو الذي نعرفه.
– الطاقة النووية:
تنتج الطاقة النووية من حدوث انشطار أو اتحاد نوى المواد المتفاعلة وينتج عن ذلك تحول جزء من المادة إلى طاقة وتمثل هذه الطاقة كم هائل من الطاقة الحرارية، ومثال على ذلك التفاعل النووي الذي يحدث داخل الشمس.
يمكن للطاقة النووية أن تنتج كميات كبيرة من الحرارة بوسعها تدمير كل شيء إذا أسيئ استخدامها من قبل البشر، وقد استفاد الإنسان من الطاقة النووية في توليد الكهرباء، وإنجاز أعمال أخرى لتحقيق الفائدة.
استخدامات الطاقة الحرارية
– استغلال الطّاقة الحراريّة للحمم البركانيّة لاستخدامها في تدفئة المنازل والتي تم العمل بها منذ العام 1974م.
– صهر المعادن، مثل الحديد بهدف تصنيعه، وذلك من خلال حرق البترول أو الفحم الحجري.
– تحريك المركبات المختلفة مثل القطارات والسيارات والطائرات عن طريق الاحتراق الدّاخلي لمشتقّات البترول، واستخدمت قديماً في المّحرّكات ذات الاحتراق الخارجي، وهو ما عرف بالآلة البخاريّة التي كانت تحرّك السفن، والقطارات.
– تدفئة المنازل بشكل طبيعي ومباشر عن طريق تصميم البيوت مع نوافذ واسعة تسمح بمرور أشعة الشّمس المباشرة.
– السّخّانات الشّمسيّة التي توضع فوق أسطح المنازل، حيث تكون مرتبطة بأنابيب مياه مطليّة بألوان داكنة لتمتص الحرارة كما تكون مغلّفة بزجاج عازل وذلك لتحافظ على الحرارة.
أنواع أوساط انتقال الطاقة الحرارية
1- الوسط الحراري الشفاف:
ويمثل الوسط الذي يسمح بنفاذ واختراق الإشعاعات الحرارية.
2- الوسط نصف الشفاف:
وهو الوسط الذي لا يسمح بنفاذ جميع الإشعاعات الحرارية، بحيث يسمح باختراق نسبة معينة من الإشعاعات الحرارية الساقطة عليه، ويستخدم هذا الوسط بشكل كبير في تشييد البيوت البلاستيكية التي تستخدم في زراعة بعض المحاصيل الزراعية، وتتكوّن هذه البيوت من طبقة زجاجية تسمح بنفاذ بعض الإشعاعات الحرارية الساقطة عليها.
3- الوسط المعتم حرارياً:
وهو الوسط الذي يمنع نفاذ الإشعاعات الحرارية عبره، بل يقوم بامتصاص معظمها بواسطة الأجسام الساخنة المحيطة به، ويؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارته وبالتالي زيادة الطاقة الداخلية فيه، وتتحول هذه الطاقة إلى طاقة حرارية لتصبح مصدراً لانبعاثات الإشعاعات الحرارية.
مصادر الطاقة الحرارية الجوفية
تأتي الطاقة الحرارية الجوفية من داخل الأرض والتي تعتبر أيضاً هي مصدر من مصادر الطاقة الحرارية الجوفية، حيث تأتي الحرارة الجوفية من داخل الأرض ومن باطنها بالأخص، والتي تنتج عن طريق الانحلال الذي يحدث في الأنوية لبعض من العناصر، وتكون تلك العناصر مشعة وهذا الانحلال الذي يحدث يتم على أعماق بعيدة.
وينتج عن هذا الإشعاع حالة من الانصهار للصخرة والذي يترافق مع حدوث البركان مما يؤدي إلى ارتفاع الصخور عن مكانها حتى تصل إلى الأرض في طبقة أعلى تلك الطبقة التي تصل إليها هي الطبقة التي تعد طبقة سطح الأرض ثم تستغل الصخور الشقوق الموجودة في قشرة الأرض.
وبذلك تكون مصادر الطاقة الحرارية الجوفية هي ذاتها إجابة السؤال الهام من أين تأتي الطاقة الحرارية الجوفية لتكون الاجابة هي من صخور باطن الأرض التي تحتوي على درجة حرارة شديدة الارتفاع، والتي يمكن أن تمد الكرة الأرضية باحتياجاتها الحرارية من الكهرباء على مدى بعيد.
وتعد مصادر الطاقة الحرارية من الصخور وهي صخرة تسمى صخور المهل وتسمى أيضاً ماكما، كما يطلق عليها اسم الصهارة، والتي تحتوي بداخلها على مواد السيليكون والأكسجين، وتغطي الصخور أغلب كتلة الأرض والتي تعد ذات حرارة مرتفعة جداً قد تصل إلى ألف درجة مئوية.
وقد تعرف البشر على درجة الحرارة العالية في باطن الأرض عن طريق مناجم البحث التي يصل لها الإنسان بالحفر داخل باطن الأرض للوصول للمعادن، وقد عرفها أيضاً من ينابيع المياه حيث وجد درجت حرارتها مرتفعة ووجدها تخرج من باطن الأرض.
وقد قدم العلماء تحديد دقيق لطبقة الصخور التي تعتبر مصادر الطاقة الحرارية الجوفية، حيث اكتشفوا أن تلك الحرارة مصدرها طبقة من طبقات الأرض تسمى تلك الطبقة بطبقة الوشاح.
وتقدم الأرض بديلاً جيداً للطاقة لساكنيها بدون الحاجة لاستخدام أنواع الطاقة الأخرى التي تسبب تلوث بيئي، حيث أن هذا النوع لا ينتج عنه أي تلوث على الإطلاق، وأن ما يخرج من غازات سامة على الأغلب لن يكون بنفس ضرر وحجم تلك الملوثات البيئية الموجودة بالفعل.
وبذلك يمكن اعتبار تلك الطاقة في حالة توفر مصادر الطاقة الحرارية الجوفية مصدر نظيف ومتجدد للطاقة حيث لا يعد مصدر قابل للنفاذ، على الرغم من أنه غير متساوي على سطح الأرض لذا تم ذكر في حالة التوفر، لوجود طبقات ليست بنفس الدرجة المرتفعة للحرارة في كل مكان.
وتسمى مصادر الطاقة الحرارية الجوفية بالطاقة الجيوحرارية نسبة إلى استخراجها من الصخور الأرضية ومن باطن الارض، وهي نوع من الطاقة قيد البحث المستمر من الدول التي تسعى لاستغلالها، والتفكير بشكل غير تقليدي وبطريقة طموحة، حيث أن الحرارة التي تصدر عن باطن الأرض هي جوفية من الصخور أما ما فيها من مياه فهي ليست جوفية بل هي مخزنة من مياه الأمطار.
