تغير الطاقة الداخلية: الحرارة

يتكون العالم المحيط بنا من جسيمات صغيرة - الجزيئات والذرات، والتي تحمل الطاقة. بعض تلك الطاقة يأتي من القوى التي تُبقي الجسيمات متماسكة - القوى بين الجزيئية، ويأتي بعض الطاقة من القوى التي بين الجسيمات المختلفة، والتي تجذبها لبعضها - القوى الجزيئية. تخيل ميكيل في حفلة. ربما يطلب من لينا الرقص معه. هناك احتمال رقصهما معا. لكن لينا مشغولة بالرقص مع ماريا الآن، لذا فاحتمال رقص ميكيل معها ضئيل. تحدد الروابط بداخل وما بين الجسيمات احتمال - أو إمكانية - تحرك الجسيمات لمكان آخر. لهذا نسمي الطاقة المتعلقة بالروابط الجزيئية بالطاقة الكامنة. لكن هناك المزيد! تتحرك الجسيمات باستمرار، وهي تتحرك باتجاهات مختلفة. إنها تدور أو تتحرك بحرية في الأنحاء أو تهتز. هذه الأنواع المختلفة من الحركة تحمل طاقة تتعلق بالحركة - الطاقة الحركية. يسمى مجموع الطاقات الحركية لجميع الجسيمات في الشيء بالطاقة الحرارية. هناك الكثير جدا من الجسيمات المتحركة في كل شيء، ولا يمكن قياس الطاقة الحرارية مباشرة. لكن يمكن قياس متوسط الطاقة الحركية كدرجة حرارة! مجموع الطاقة الحركية والكامنة لكل الجسيمات في الشيء يساوي الطاقة الداخلية لذلك الشيء. يمكن أن يتبادل أي شيء الطاقة مع ما حوله، كالأشياء الأخرى وحتى الهواء. هذا يُسبب تغيرا في طاقاتها الداخلية. مثلا، إن أخذت كوب ماء ووضعت شيئا ساخنا بداخله، كملعقة ساخنة جدا، فسيصبح الماء أدفأ سريعا. يحدث ذلك لأن الملعقة تُعطي بعضا من طاقتها للماء. هذه الطاقة التي تنتقل من شيء ساخن لآخر بارد تسمى بالحرارة. عندما تنتقل الطاقة لشيء ما، نقول أن الشيء يمتص أو يستقبل الحرارة. ترتفع حرارة الشيء، وتزيد طاقته الداخلية. إن أخذت الآن مكعب ثلج ووضعته في الكوب، فسيبرد الماء بداخله سريعا. هذا يحدث لأن الماء يمنح بعض طاقته للثلج. عندما تخرج الطاقة من شيء ما، تنخض حرارة الشيء، وتقل طاقته الداخلية. نقول أنه يفقد الحرارة. لكن ما الذي يحدث للثلج؟ حرارته لا زالت صفر درجة سيلسيوس. إنه يمتص الحرارة من الماء لكن حرارته لا تتغير! هذا لأن الثلج يذوب - إنه يمر بعملية تسمى بالتحول الطوري. في هذه الحالة، فالحرارة التي يمتصها الثلج لا تُستخدم لزيادة طاقته الحركية والحرارة - وإنما لتغيير الروابط بين الجزيئات. ترتخي الروابط بين جزيئات الثلج الصلب، لذا تزيد الطاقة الكامنة. ترتفع الطاقة الداخلية. الطاقة الداخلية هي مجموع الطاقة الكامنة والحركية لجميع الجزيئات داخل الشيء. بإضافة أو إزالة الحرارة يحدث تغير في الطاقة الداخلية. هذا يحدث لأن انتقال الحرارة يغير إما الطاقة الحركية أو الطاقة الكامنة للشيء. إذا زادت الطاقة الحركية، ترتفع الحرارة. إذا انخفضت الطاقة الحركية، تنخفض الحرارة. عندما تتغير الطاقة الكامنة، ترتخي الروابط بين الجزيئات أو تصبح أقوى. تتقارب الجزيئات لبعضها أو تبتعد عن بعضها وتتغير حالة الشيء - من الصلبة إلى السائلة أو الغازية، أو العكس!