الطاقة الحرارية والحرارة

عندما تضع قطعة من الثلج في كأس وتتركها قليلًا تأخذ في الانصهار تدريجيًّا حتى تتحوّل إلى ماء، فتنتقل من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. ما الذي يجعل المادة تتحوّل من حالة إلى أخرى؟ للإجابة عن هذا السؤال تحتاج إلى التفكير في الجسيمات التي تتشكّل منها المادة.

تعتمد حركة الجسيمات في حالة المادة على طاقتها الحركية. وكلما كانت طاقتها الحركية أكبر كانت سرعتها أكبر، وزادت المسافات بينها. أما الجسيمات التي لها طاقة حركية قليلة فإنها تتحرك أبطأ، وتبقى متقاربة بعضها إلى بعض.

وللجسيمات طاقة وضع (أو طاقة كامنة) بالإضافة إلى طاقتها الحركية.

وتعتمد الطاقة الحرارية على عدد الجسيمات في المادة، ومقدار طاقتها. وإذا تغيّر عدد الجسيمات أو كمية الطاقة في كل جزيء تتغيّر الطاقة الحرارية في العيّنة. لذا عند وجود عيّنتين متشابهتين تمامًا في الحجم تحتوي العيّنة الأسخن على طاقة حرارية أكبر.

ليس لجسيمات المادة جميعها المقدار نفسه من الطاقة الحركية؛ فبعضها طاقته الحركية أكبر من البعض الآخر.

يُحسب المتوسط لعدد من القيم بقسمة مجموعها على عددها. مثال: يكون متوسط الأعداد 2، 4، 8، 10 هو (2 + 4 + 8 + 10) ÷ 4 = 6.

لذا تختلف درجة الحرارة عن الطاقة الحرارية؛ فالطاقة الحرارية هي مجموع الطاقات للجسيمات، في حين أن درجة الحرارة هي متوسط الطاقات.

جسيمات الشاي الساخن تتحرك أسرع من جسيمات العصير المثلج، ودرجة حرارة الشاي الساخن أعلى من درجة حرارة العصير المثلج. ويمكن صياغة هذا بطريقة أخرى: إن متوسط الطاقة الحركية لجسيمات العصير المثلج أقل من متوسطها للشاي الساخن.

• عندما يُسخّن جسم يحصل على طاقة حرارية، وتتحرك جسيماته بسرعة أكبر، وتزداد درجة حرارته.
• وعندما يُبرّد يفقد جزءًا من طاقته الحرارية، مما يبطّئ حركة جزيئاته، فتنخفض درجة حرارته.

انتقال الطاقة الحرارية: تنتقل الطاقة الحرارية من مكان إلى آخر. فتنتقل الطاقة الحرارية من الكاكاو الساخن إلى الملعقة وإلى الهواء المحيط بها؛ لأنهما أبرد (أي أخفض في درجة الحرارة). فالطاقة الحرارية تنتقل فقط من شيء درجة حرارته أعلى إلى شيء درجة حرارته أدنى.