عرض مصدر درجة حرارة

{{بطاقة كمية فيزيائية
| name = درجة الحرارة
| image = Annual Average Temperature Map.jpg
| caption = متوسط درجات الحرارة حول العالم
| unit = [[كلفن]] (K)
| otherunits = [[درجة حرارة مئوية|°C]]، [[فهرنهايت|°F]]، [[مقياس رانكين|°R]]
| symbols = ''T''
| dimension = '''[[ثيتا]]'''
| intensive = نعم
| derivations = <math>\frac{pV}{nR}</math>, <math>\frac{dq_\text{rev}}{dS}</math>
}}

'''درجة حرارة''' هي [[كمية فيزيائية]] تعبر عن السخونة أو البرودة. يتم [[قياس (فيزياء)|قياس]] درجة الحرارة باستخدام مقياس الحرارة. وهو يعكس متوسط [[طاقة حركية|الطاقة الحركية]] للذرات المهتزة والمتصادمة التي تشكل المادة.

تتم معايرة موازين الحرارة [[مقياس درجة حرارة|بمقاييس مختلفة لدرجة الحرارة]] والتي اعتمدت تاريخيًا في تعريفها على نقاط مرجعية مختلفة ومواد لقياس الحرارة. المقاييس الأكثر شيوعًا هي المقياس المئوية (C)، ومقياس [[فهرنهايت]] (F)، ومقياس [[كلفن]] (K)، ويستخدم الأخير في الغالب للأغراض العلمية. الكلفن هو أحد الوحدات الأساسية السبع في [[نظام الوحدات الدولي]] (SI).

[[صفر مطلق|الصفر المطلق]]، أي صفر كلفن أو 273.15- درجة مئوية، هو أدنى نقطة في مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري. من الناحية التجريبية، يمكن الاقتراب من درجة الصفر المطلق ولكن لا يمكن الوصول إليها فعليًا، وفقًا [[القانون الثالث للديناميكا الحرارية|للقانون الثالث للديناميكا الحرارية]]. من المستحيل استخراج الطاقة كحرارة من الجسم عند درجة الحرارة تلك.

تعتبر درجة الحرارة مهمة في جميع مجالات [[علوم طبيعية|العلوم الطبيعية]]، بما في ذلك [[فيزياء|الفيزياء]] و<nowiki/>[[كيمياء|الكيمياء]] و<nowiki/>[[علوم الأرض]] و<nowiki/>[[علم الفلك]] والطب والأحياء والبيئة وعلوم المواد والمعادن و<nowiki/>[[هندسة الميكانيك|الهندسة الميكانيكية]] والجغرافيا وكذلك معظم جوانب الحياة اليومية.

== وحدات قياس الحرارة ==

* الكلفن هو [[مقياس (توضيح)|المقياس]] المعتمد من قبل المنظومة العالمية SI وهو مقياس كثير الاستعمال في الميادين العلمية.<ref name="The kelvin in the SI Brochure">[http://www1.bipm.org/en/si/si_brochure/chapter2/2-1/2-1-1/kelvin.html The kelvin in the SI Brochure] {{وصلة مكسورة|تاريخ= مايو 2019 |bot=JarBot}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140823083603/http://www1.bipm.org/en/si/si_brochure/chapter2/2-1/2-1-1/kelvin.html |date=23 أغسطس 2014}}</ref> يجب استخدامه إذا أردت حساب نسب من درجة الحرارة.
* السيليزية C ([[درجة حرارة مئوية|درجة مئوية]]) وهو المقياس الرئيسي المعتمد في حياتنا اليومية في غالبية دول العالم.<ref name="calphad.com">{{استشهاد بويب|مسار=http://www.calphad.com/absolute_zero.html|عنوان=Absolute Zero|ناشر=Calphad.com|تاريخ الوصول=2010-09-16| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20181009131920/http://www.calphad.com:80/absolute_zero.html | تاريخ أرشيف = 9 أكتوبر 2018 }}</ref>
* [[فهرنهايت|الفهرنهايت]] F وهو المقياس المعتمد في الولايات المتحدة الأمريكية.
* [[درجة حرارة مطلقة|درجة الحرارة المطلقة]] وهي [[كلفن]].
== سعة حرارية ==
عندما تنتقل الطاقة من الجسم أو إلية في صورة حرارة فقط فإن حالة الجسم تتغير. يعتمد مقدار التغير على المحيط والجدران التي تفصل بين الأجسام. يشمل هذا التغير [[تفاعل كيميائي|التفاعلات الكيميائية]]، زيادة [[ضغط|الضغط]]، زيادة درجة الحرارة وتغير الطور. لكل نوع تغير هناك سعة حرارية وهي النسبة بين الحرارة المنتقلة إلى مقدار التغير في هذه الخاصية. على سبيل المثال، فإذا كان التغير عبارة عن زيادة في درجة الحرارة عند ثبوت الحجم مع عدم وجود تغير في الطور أو تغيرات كيميائية فإنه ينتج عنه ارتفاع في درجة حرارة الجسم وزيادة [[ضغط|الضغط]]. مقدار الحرارة المنتقلة {{تعبير رياضي|Δ''Q''}} مقسومة على التغير في درجة الحرارة {{تعبير رياضي|Δ''T''}} ينتج عنه {{تعبير رياضي|''C<sub>V</sub>''}} وهي [[سعة حرارية|السعة الحرارية]] للجسم عند ثبوت الحجم.
: <math> C_V = \frac{\Delta Q}{\Delta T} </math>
إذا تم قياس السعة الحرارية [[كمية مادة|لكمية مادة]]، فإن السعة الحرارية هي مقدار الحرارة اللازمة لزيادة درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة لوحدة [[كتلة|الكتلة]]. على سبيل المثال لرفع درجة حرارة الماء درجة واحدة كلفن فإننا نحتاج إلى كمية حرارة مقدارها 4186 [[جول]] لكل [[كيلوغرام|كجم]].
: <math> C_V = \frac{\Delta Q}{\Delta T} </math>
[[ملف:Pakkanen.jpg|تصغير|ترمومتر بمقياس سليزيوس لقياس درجة الحرارة بفصل الشتاء وهي -17 درجة سليزيوس]]
يتم قياس درجة الحرارة باستخدام [[مقياس الحرارة]] والذي يعود استخدامه للقرن الثامن عشر عندما قام [[دانيال غابرييل فهرنهايت|غابرييل فهرنهايت]] بتكييف [[مقياس الحرارة]] ومقياسه وتم تطويره بواسطة [[أوول رومر]]. ما زال مقياس فهرنهيت مستخدم في [[الولايات المتحدة|الولايات المتحدة الأمريكية]] للتطبيقات غير العملية.

يتم قياس درجة الحرارة باستخدام [[مقياس الحرارة]] الذي تتم [[معايرة (قياس)|معايرته]] إلى مقاييس مختلفة. في معظم أنحاء العالم يتم معايرته طبقا لمقياس السليزيوس.يقيس معظم العلماء درجة الحرارة بمقياس سليزيوس ودرجة حرارة الديناميكا الحرارية بمقياس [[كلفن]] ( {{فجوات|0|K}} = {{فجوات|−273.15|°C}} أو درجة [[صفر مطلق|الصفر المطلق]]).

=== وحدات ===

إن الوحدة الأساسية لدرجة الحرارة في [[نظام الوحدات الدولي|النظام الدولي للوحدات]] هي [[كلفن|الكلفن]] يرمز لها بالرمز K.

يمكننا استخدام السليزيوس لكل التطبيقات اليومية حيث تشير درجة 0 سليزيوس إلى [[نقطة الانصهار|درجة تجمد]] الماء بينما تشير 100 درجة سليزيوس إلى [[نقطة الغليان|درجة غليان]] الماء عند [[مستوى سطح البحر]]. حيث أنه هناك قطرات من السائل تكون متواجدة في السحب عند درجات حرارة أقل من 0 سليزيوس فإننا نشير إلى 0 سلزيوس أنه درجة الحرارة التي يبدأ الثلج عندها في الذوبان.

يتم تعريف مقياس كلفن وسليزيوس بنقطتين ثابتتين وهما [[صفر مطلق|الصفر المطلق]] و[[نقطة ثلاثية|النقطة الثلاثية]] حسب [[معيار فيينا لمياه المحيط|معايير فيينا لمياه المحيط]].<ref name="The kelvin in the SI Brochure"/> الصفر المطلق هو 0 كلفن ويساوي -273.15 سليزيوس. النقطة الثلاثية للماء هي نقطة الطاقة الصفرية.<ref name="calphad.com"/> تعرف المادة التي تكون في الحالة الأرضية لها بدرجة حرارة 273.16 كلفن و 0.01 سليزيوس.

في الولايات المتحدة، فإن مقياس فهرنهايت واسع الانتشار. في هذا المقياس فإن درجة تجمد الماء تساوي 32 قهرنهايت ونقطة الغليان تساوي 212 فهرنهايت. ما زال مقياس رانكن يستخدم في [[هندسة كيميائية|الهندسة الكيميائية]] في الولايات المتحدة.

==== تحويل ====

الجدول الآتي يبين التحويل بين المقاييس المختلفة لدرجات الحرارة.
{| class="wikitable"
!
!من سليزيوس
!إلى سليزيوس
|-
!فهرنهايت
|[°F] = [°C] ×  <sup>9</sup>⁄<sub>5</sub> + 32
|[°C] = ([°F] − 32) ×  <sup>5</sup>⁄<sub>9</sub>
|-
!كلفن
|[K] = [°C] + 273.15
|[°C] = [K] − 273.15
|-
!رانكن
|[°R] = ([°C] + 273.15) ×  <sup>9</sup>⁄<sub>5</sub>
|[°C] = ([°R] − 491.67) ×  <sup>5</sup>⁄<sub>9</sub>
|-
!ديلايسل
|[°De] = (100 − [°C]) ×  <sup>3</sup>⁄<sub>2</sub>
|[°C] = 100 − [°De] ×  <sup>2</sup>⁄<sub>3</sub>
|-
!نيوتن
|[°N] = [°C] ×  <sup>33</sup>⁄<sub>100</sub>
|[°C] = [°N] ×  <sup>100</sup>⁄<sub>33</sub>
|-
!ريومور
|[°Ré] = [°C] ×  <sup>4</sup>⁄<sub>5</sub>
|[°C] = [°Ré] ×  <sup>5</sup>⁄<sub>4</sub>
|-
!رومر
|[°Rø] = [°C] ×  <sup>21</sup>⁄<sub>40</sub> + 7.5
|[°C] = ([°Rø] − 7.5) ×  <sup>40</sup>⁄<sub>21</sub>
|}

=== نظرية حركة الغازات ===

[[ملف:Translational motion.gif|تصغير|500px|فهم تأثير درجة الحرارة على الغاز يمكن توضيحها نظريا من نظرية الحركة للغازات]]
قام كل من [[جيمس كليرك ماكسويل|ماكسويل]] و[[لودفيغ بولتزمان|بولتزمان]] بتطوير نظرية الحركة لفهم درجة حرارة الغازات.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Statistical mechanics of colloids and Boltzmann's definition of entropy|تاريخ=March 2006|صحيفة=American Journal of Physics|العدد=3|المجلد=74|صفحات=187–190|bibcode=2006AmJPh..74..187S|الأخير=Swendsen|الأول=Robert|doi=10.1119/1.2174962}}</ref><ref>Balescu, R. (1975). ''Equilibrium and Nonequilibrium Statistical Mechanics'', Wiley, New York, ISBN 0-471-04600-0, pages 148-154.</ref><ref name="K&K 391 397">{{استشهاد بكتاب|عنوان=Thermal Physics|مسار=https://archive.org/details/thermalphysicsnd00kitt|الأخير=Kittel|الأول=Charles|مؤلف-وصلة=Charles Kittel|مؤلف2=Kroemer, Herbert|مؤلف2-وصلة=Herbert Kroemer|سنة=1980|طبعة=2nd|ناشر=W. H. Freeman Company|isbn=0-7167-1088-9|صفحات=[https://archive.org/details/thermalphysicsnd00kitt/page/n210 391]–397}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة|مسار=|عنوان=Microscopic aspects implied by the second law|صحيفة=Foundations of Physics|العدد=|سنة=1987|المجلد=17|صفحات=713–722|bibcode=1987FoPh...17..713K|الأخير1=Kondepudi|الأول1=D.K.|doi=10.1007/BF01889544}}</ref> توضح هذه النظرية أيضا قانون [[غاز مثالي|الغاز المثالي]] والسعة الحرارية [[غاز نبيل|للغازات النبيلة]].

يعتمد قانون [[غاز مثالي|الغاز المثالي]] على العلاقة بين الضغط p والحجم v ودرجة الحرارة T. نص [[قانون الغازات المثالية|قانون الغاز المثالي]]:<ref>[[ريتشارد فاينمان]], R.P., Leighton, R.B., Sands, M. (1963). ''The Feynman Lectures on Physics'', Addison–Wesley, Reading MA, volume 1, pages 39–6 to 39–12.</ref>

[[ملف:Gas thermometer and absolute zero.jpg|تصغير|رسم بياني بين الضغط ودرجة الحرارة لثلاث أنوع من الغازات.]]
:<math>pV = nRT\,\!</math>
حيث n هي عدد مولات الغاز بينما R هي ثابت الغاز ويساوي <sup>1-</sup> ''R'' = 8.3144598(48) J⋅mol<sup>−1</sup>⋅K.

يمكننا قانون [[غاز مثالي|الغاز المثالي]] من قياس درجة حرارة الغاز بالمقياس المطلق باستخدام [[مقياس الحرارة|مقياس حرارة]] الغاز. يمكن تعريف درجة الحرارة أنها الضغط بالبساكل لواحد [[مول]] من الغاز في وعاء حجمه 1 متر مكعب مقسوما على ثابت الغاز.

تفترض نظرية الحركة أن الضغط ينشأ عن القوة الناتجة عن حركة الذرات واصطدامها بجدران الوعاء وعليه قام [[لودفيغ بولتزمان|بولتزمان]] باستنتاج أن كل الطاقة تكون ناتجة عن [[طاقة حركية|الطاقة الحركية]].<ref>[http://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/kinetic_theory.html Kinetic Theory<!-- عنوان مولد بالبوت -->] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20171224170127/http://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/kinetic_theory.html |date=24 ديسمبر 2017}}</ref> ومن هذا فإن دالة [[توزيع احتمال|توزيع الاحتمال]] ،متوسط [[طاقة حركية|طاقة الحركة]]، للغاز المثالي:<ref name="K&K 391 397" /><ref>Tolman, R.C. (1938). ''The Principles of Statistical Mechanics'', Oxford University Press, London, pp. 93, 655.</ref>

:<math>E_\text{k} =  \frac 1 2 mv_\mathrm{rms}^2 = \frac 3 2  k T\,,</math>

حيث K هو [[ثابت بولتزمان]] وهو خارج قسمة ثابت الغاز المثالي على عدد أفوجادرو، ''v<sub>rms هو جذر مربع السرعة المتوسطة. يوضح قانون الغاز المثالي أن الطاقة الداخلية تتناسب طريدا مع درجة الحرارة.<ref name="atkins">{{استشهاد بكتاب|عنوان=Physical Chemistry|مسار=https://archive.org/details/atkinsphysicalch00atki|مؤلف=Peter Atkins, Julio de Paula|صفحة=[https://archive.org/details/atkinsphysicalch00atki/page/n41 9]|طبعة=8|ناشر=Oxford University Press|سنة=2006}}</ref></sub>''

=== القانون الصفري في الديناميكا الحرارية ===

عند حدوث اتصال بين جسمين فإن هناك انتقال للطاقة بين الجمسين في صورة حرارة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد إلى أن يصل كلاهما إلى حالة [[توازن حراري|الإتزان الحراري]] حيث يتوقف انتقال الحرارة بين الجسمين وتصبح حالة الجسمين ثابتة.

ينص [[القانون الصفري للديناميكا الحرارية]] على أنه إذا كان هناك جسمين في توازن حراري مع جسم ثالث فإن الجسمين يكونان في حالة إتزان مع بعضهما البعض.

=== القانون الثاني للديناميكا الحرارية ===

في الفقرة السابقة فإنه تم تعريف خاصية محددة لدرجة الحرارة بالقانون الصفري. يمكننا أيضا تعريف درجة الحرارة [[القانون الثاني للديناميكا الحرارية|بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية]] الذي يتعامل مع [[إنتروبيا (توضيح)|الإنتروبيا]]. ينص القانون الثاني أنه لأي أجراء يكون هناك زيادة في الإنتروبيا أو على الأقل تظل ثابتة.

لقد تم التوضيح سابقا ان درجة الحرارة تتحكم في انتقال الحرارة بين نظامين وقد تم التوضيح أن هناك دائما زيادة في الإنتروبي. إنه من المتوقع أن هناك علاقة بين درجة الحرارة والإنتروبيا. ولكي نجد هذه العلاقة فإننا أولاً نجد العلاقة بين الحرارة، الشغل ودرجة الحرارة. المحرك الحراري هو جهاز لتحويل الطاقة الحرارية إلى [[طاقة ميكانيكية]]. الشغل الناتج من [[محرك حراري|المحرك الحراري]] يمكن حسابه من حساب الفرق بين الحرارة الداخلة إليه عند درجة حرارة عالية ''q<sub>H والحرارة المهدرة عند درجة الحرارة المنخفضة qC. كفاءة المحرك يتم حسابها من العلاقة:</sub>''
:<math>
\textrm{efficiency} = \frac {w_{cy}}{q_H} = \frac{q_H-q_C}{q_H} = 1 - \frac{q_C}{q_H} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(4)</math>

حيث ''w<sub>cy</sub>'' هو الشغل لكل دورة. تعتمد الكفاءة على ''q<sub>C</sub>''/''q<sub>H. ولأن qC و qH يعبران عن الحرارة المنتقلة عند درجات الحرارة Tc و TH على التوالي، فإن qC/qH هي دالة في درجات الحرارة.</sub>''
:<math>
\frac{q_C}{q_H} = f(T_H,T_C) \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(5)</math>

تنص نظرية كارنو على أنه كل المحركات التي تعمل بين نفس درجات الحرارة لها نفس الكفاءة. لذلك فإن المحرك الحراري الذي يعمل بين T1 و T3 يجب أن يكون له نفس الكفاءة عندما يعمل بين دورتين أحدها بين T1 و T2 والأخرى بين T2 و T3.
:<math>
q_{13} = \frac{q_1 q_2} {q_2 q_3}
</math>

:<math>
q_{13} = f(T_1,T_3) = f(T_1,T_2)f(T_2,T_3)
</math>

:<math>
\frac{q_C}{q_H} = \frac{T_C}{T_H}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(6)</math>

بالتعويض عن المعادلة رقم 4 في المعادلة رقم 2:
:<math>
\textrm{efficiency} = 1 - \frac{q_C}{q_H} = 1 - \frac{T_C}{T_H}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(7)
</math>

عند ''T<sub>C</sub>'' = 0 K فإن الكفاءة تكون 100% وتكون أكبر من 100% عندما تكون أقل من صفر كلفن ولكن هذا يتعارض مع القانون الأول حيث أنه أقل درجة حرارة هي الصفر الكلفن.
:<math>
\frac {q_H}{T_H} - \frac{q_C}{T_C} = 0
</math>

الإشارة السالبة تشير أن الحرارة تكون مطرودة من النظام. هذه العلاقة ينتج عنها دالة S :
:<math>
dS = \frac {dq_\mathrm{rev}}{T}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(8)</math>

التغير في هذه الحالة حول نفس الدورة تكون صفر.
:<math>
T = \frac{dq_\mathrm{rev}}{dS}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(9)</math>

:<math>
{T}^{-1} = \frac{d}{dE} S(E)\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(10)</math>

== اقرأ أيضا ==

* [[معدل الحرارة]]
* [[قانون بويل]]
* [[درجة حرارة بويل]]
* [[قوانين الغازات]]
* [[ديناميكا حرارية]]
* [[تنوع درجات الحرارة مع اختلاف الوقت في اليوم]]
* [[روثالبي]]

== مراجع ==

{{مراجع}}
{{روابط شقيقة}}
{{متغيرات الأرصاد الجوية}}
{{مياه صرف}}
{{ضبط استنادي}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|الكيمياء|طاقة|طقس|كيمياء فيزيائية}}

[[تصنيف:انتقال الحرارة]]
[[تصنيف:درجة الحرارة]]
[[تصنيف:ديناميكا حرارية]]
[[تصنيف:كميات فيزيائية]]
[[تصنيف:مفاهيم فيزيائية]]
[[تصنيف:ميكانيكا استمرارية]]