[محمد محمود بدر]

اساسيات
تنتقل الطاقة الحرارية ( الحرارة ) من الاجسام الاكبر درجة حرارة الى الاقل بعدة طرق

• التوصيل (conduction) وهو انتقال الحرارة عبر جزيئات الجسم ... مثل احساسك بحرارة ملعقة الشاي التي تنتقل الحرارة خلال معدنها بالتوصيل من الشاي الساخن الى يدك ... تختلف المواد في خصائص التوصيل الحراري من المواد جيدة التوصيل مثل كل المعادن ... الى المواد رديئة التوصيل مثل الخشب والمواد العازلة والملابس .
• الحمل (convection) وهو انتقال الحرارة عبر وسيط ( وعادة ما يكون الهواء او الماء) ... مثل انتقال الحرارة من الموقد الى وعاء التسخين اعلى الموقد ... فالحرارة تسخن الهواء الذي يسخن الوعاء ... ويلاحظ هنا ان الهواء الساخن يتجة دائما الى اعلى وذلك بسبب انخفاض كثافتة ( بسبب ارتفاع درجة حرارته ) .
• الاشعاع (radiation) . كل الاجسام ( بدرجة حرارة فوق الصفر المطلق - 273) تصدر موجات كهرومغناطيسية تنتقل عبر الفضاء ( لامادة ) . تستقر درجة حرارة الجسم المشع حين يتساوى ما تستقبلة من اشعاع مع ما تبعثة . تختلف خصائص الاجسام مع الاشعاع من الاجسام المعتمة والتي تمتص 100% من الاشعاع الساقط الى الاجسام العاكسة والتي تعكس 100% من الاشعاع الساقط عليها ... الاجسام السوداء الغير لامعة هي الانسب لامتصاص الاشعة ... المرايا تعكس الاشعة ... الاجسام الشفافة ( الزجاج ,الهواء ) تمرر الاشعة .

انتقال الحرارة من جسم الى محيطة ( او العكس ) يتم بأحد الطرق السابق ذكرها ... ولكن في الاغلب يتم بتراكب طريقتين او اكثر ... بعض العمليات يلزمها انتقال الحرارة بمعدل سريع وبعضها الاخر يلزمها الحد من انتقال الحرارة ...


معدل انتقال الحرارة من جسم الى محيطة يعتمد على

• فرق درجة الحرارة بين الجسم ومحيطة ... فكلما زاد الفرق زاد معدل الانتقال ... فكوب الشاي يفقد ال10درجات الاولى في ثواني ... بينما يفقد ال10 التالية في زمن اكبر ... وال10 التالية في زمن اكبر واكبر
• مساحة سطح التبادل الحراري ... كاما زادت زاد معدل الانتقال ... فالماء المغلي يبرد في صينية مسطحة بمعدل اكبر منة في براد الشاي
• المعامل العام للانتقال الحراري ... وهذا رقم يعتمد على شكل سطح الانتقال ... الوسط المحيط ... سمك جدار الوعاء ومادتة ... واشياء اخرى ... يمكننا ان نسمي هذا المعامل بمعامل العزل ... فمثلا يلزمنا في سخان المياة الشمسي ان نزيد العزل على جدران خزان المياة لمنع الحرارة من التسرب خارجا ... بينما في المجمع نحافظ على الزجاج نظيفا كي يسمح لشعاع الشمس بالنفاذ .

كيف تصنع سخان المياة الشمسي بايجاز
( سوف يتم شرحه بالتفصيل لاحقا )

السخان الشمسي : من ابسط تطبيقات الطاقة الشمسية وأكثرها كفاءة
تعتمد الفكرة على :

• تستقبل اشعة الشمس على مجمع معدني , فتسخن المياة في المجمع
• تصعد المياة الساخنة الى اعلى (بسبب انخفاض كثافتها عن المياة الباردة ) من خلال ماسورة توصيل الى خزان المياة الساخنة
• تستمر الدورة الطبيعية للمياة ( تأثير السيفون الحراري ) الى ان تتساوى درجة حرارة المياة في جميع اجزاء الدورة وتصل الى حدها الاقصى ( 73درجة مئوية) تقريبا ( في بلادنا العربية )
• تبدأ دورة التسخين تلقائيا عند بدئ استعمال المياة الساخنة (نهارا )

سؤال : هل يمكن ان يكون مجمع الطاقة الشمسية في مستوى اعلى من خزان المياة الساخنة ؟

الجواب : لا طبعا لأن ذلك لن يسمح بعمل دورة المياة الطبيعية (تأثير السيفون الحراري)