درجة الحرارة وكميّة الحرارة
يظنّ الإنسان العادي أنّ الحرارة ودرجة الحرارة مصطلحين مختلفين لذات المعنى، أمّا الشخص العامل في مجال الفيزياء فإنّه يدرك تماماً أنّ هناك العديد من الفروق بينهما؛ فوحدة القياس تختلف فيهما، كما تستخدم إحداها للإشارة عن الطاقة الداخلية، بينما تُشير الثانية للطاقة الحركية كما هو موضّح في هذا المقال.
الفرق بين درجة الحرارة وكميّة الحرارة
يُعدّ تعريف النظرية الذرية لحركة جزيئات المادّة ذا أهميّة كبيرة في التفريق بين مفهومي درجة الحرارة وكميّة الحرارة، فهي تُوضّح مفهوم الطاقة الداخليّة لجزيئات المادّة، ممّا يُساهم في التعمّق بعلاقة كل من درجة الحرارة وكميتها ببعضهما.
النظرية الذرية الجزيئية لحركة جزيئات المادّة
تكون ذرات وجزيئات المادّة في حالة حركة مستمرة، وتكون هذه الحركة عشوائيّة في الغازات، وانتقاليّة في السوائل، وحركة اهتزازيّة في المواد الصلبة، وعليه فإنّ جزيئات المادّة تكتسب طاقةً حركيّةً ناشئةً عن حركة الجزيئات، وطاقة وضع مُخزّنة في الروابط الجزيئيّة، ويُطلق على مجموع هاتين الطاقتين اسم الطاقة الداخليّة للجسم.
تعريف كميّة الحرارة ودرجة الحرارة
بناءً على النظرية الذريّة الجزيئيّة فإنّ حركة جزيئات الجسم تزداد عندما يكتسب كميّة من الحرارة، وبالتالي تزداد طاقته الداخليّة، ممّا يؤدّي إلى ارتفاع درجة حرارته نتيجةً لهذا التغيّر في كميّة الحرارة المكتسبة، ويحدث العكس في حالة فقدان الجسم كميّةً من الحرارة، بحيث تقلّ حركة جزيئاته، وبالتالي تقلُّ طاقته الداخليّة، ممّا يؤدّي إلى انخفاض درجة حرارته. ويُمكن الاستنتاج ممّا سبق أنّ:
- كميّة الحرارة: هي مقياس الطاقة الداخليّة الكليّة للجسم، أي أنّها تقيس الطاقة الحركيّة الناشئة من حركة الجزيئات، بالإضافة إلى طاقة الوضع المخزنة في الروابط بين الجزيئات.
- درجة الحرارة: هي مقياس الطاقة الحركيّة الناتجة عن حركة الجزيئات فقط.
وحدتي قياس درجة وكميّة الحرارة
- تقاس الحرارة بالجول، بحيث يُمثّل الجول كميّة الطاقة التي تنقلها الحرارة، أمّا الواط فيساوي (جول/ثانية) ويُمثل مُعدّل انتقال الطاقة الحرارية.
- تقاس درجة الحرارة بوحدات قياس مُختلفة، وتُعتبر وحدات القياس الكيلفن، والسيلسيوس، والفهرنهايت أكثرها استخداماً، بحيث أنّ الكيلفن يستند إلى مفهوم الصفر المطلق، ويُستخدم لقياس درجات الحرارة العلميّة، أمّا السيلسيوس فيقيس درجات الحرارة العلميّة والاستهلاكيّة، ويُستخدم في جميع أنحاء العالم، بينما يقتصر استخدام الفهرنهايت على الولايات المتحدة الأمريكيّة وبعض الدول الأخرى.
- مثال توضيحيّ: في فصل الشتاء تنتقل الطاقة على شكل حرارة من الجسم الأعلى حرارةً إلى الأقلِّ حرارة، فمثلاً تنتقل الحرارة من سطح سيّارة درجة حرارته عشرين درجة سيلسيوس إلى قطرة مطرٍ درجة حرارتها خمس درجات سيلسيوس.
