الحرارة

$ لسخونتها، بأنها حارة، وساخنة، وباردة؛ فيقال يوم قائظ، أو يومتوصف األشياء، تبعا حار، أو شديد الحرارة؛ كما يقال للطبيب، إن المريض ارتفعت حرارته. وهذا التصنيف،

$، بينما تتناول المشروبات الغازية باردة؛ ولو كان الشاي نسبي؛ فالشاي يتناول ساخنا أقل سخونة من المعتاد، لقيل إنه بارد، ويحتاج إلى تسخين. والشعور بحرارة الهواء

$، تجعل30ْLنسبي كذلك؛ فدرجة حرارة مئوية، في شهر يونيه، في مدينة الرياض، مثًال$. ولكن الدرجة نفسها، في المكان نفسه، في شهر يناير، تجعل اليوم اليوم معتدًال شديد الحرارة. ولجسم اإلنسان درجة حرارة معيارية ثابتة، يقارن بها ارتفاع درجة

حرارته أو انخفاضها.

$ بين مفهوم]ي الحرارة ودرجتها؛ على الرغم $ كبيرا ولكن، من الواضح، أن هناك خلطا من أهميتهما وشيوع استعمالهما. لذا، فإن من األولى، في بداية البحث، إيضاح الفرق

بينهما، وكيفية قياس كلd منهما؛ وتبيان اآللية، التي تنتقل بها الحرارة من جسم إلى$ للنظر في التوزع الرأسي للحرارة، في الغًالف الغازي؛ آخر. وذلك يشكل أساسا

وتوزعها األفقي، على سطح األرض.

قياس درجة الحرارة

$، كان ًال بدk من وجود مقاييس معيارية، وخاصة أن ]مkا للتعبير عن درجة الحرارة، ك الشعور ببرودة األشياء أو سخونتها، نسبي إلى حدd كبير. فلو أن هناك ثًالثة أكواب من

الماء، في األول ماء بارد، وفي الثاني ماء دافئ، وفي الثالث ماء ساخن. فإن اإلنسان، الذي يضع يده في الكوب الثالث، وينقلها إلى الكوب الثاني، سيشعر أن الماء في الكوب الثاني بارد. وعلى العكس من ذلك، لو أنه وضع يده في الكوب األول، ثم وضعها في الكوب الثاني، فسيشعر أن الماء في الكوب الثاني ساخن. وتنطلق

$، تسمى نقاط الضبط، من هذه مقاييس درجة الحرارة من نقاط مرجعية؛ وأحيانا$، درجة حرارة ذوبان الثلج، ودرجة حرارة غليان الماء تحت ضغط جوي النقاط، مثًال

محدد. هناك ثًالثة مقاييس شائعة، تقاس بها درجة الحرارة: مقياس كالفن، والمقياس .(ولكل مقياس من هذه المقاييس ميزات معينة)الفهرنهايتي، والمقياس المئوي

ين، من دون ين اآلخر] ويمكن تحويل الدرجات المقيسة بأحد هذه المقاييس إلى المقياس]عناء.

        مقاييس درجة الحرارة

يوجد ستة مقاييس لدرجة الحرارة، شاع استخدام ثًالثة منها، هي:

كالفن، وهو مقياس ثيرموديناميكي؛ والمقياس المئوي؛ ويستخدمان في األغراض$ من سابق]يه )لمزيد من التفصيل عن العلمية. والمقياس الفهرنهايتي، وهو أقل شيوعا

هذه المقاييس، انظر المتن(.

وثًالثة مقاييس أخرى، غير شائعة اًالستخدام، هي:

Rankine Scaleمقياس رانكاين

kر عنه بدرجات ويعتمد في قياس درجة الحرارة، على المقياس الفهرنهايتي. ويعبRرانكاين Lوهي تساوي الدرجات الفهرنهايتية؛ إًال أن درجة صفر رانكاين = الصفر .

فهرنهايت. وينسب هذا المقياس إلى المهندس األسكتلندي،459.69المطلق = -(.1872 ـ 1820ْ )William John Franklineويليام جوهن فرانكلين

Reaumur Scaleمقياس رايمور

�ر فيه عن درجات الحرارة بدرجات رايمور Rيعب Lونقطتا الضبط فيه، هما: درجة ذوبان . Rالثلج، وتساوي صفر رايمور L 80ْ؛ ودرجة غليان الماء، وتساويLرايمور. وينسب إلى

.Rene Antoine Reaumurالعالم الفرنسي رين أنطوني رايمور

International Practical Temperature Scaleالمقياس العملي العالمي لدرجات الحرارة

ويقوم القياس فيه على إحدى عشرة نقطة ضبط. وهي النقاط التي توجد بها عناصر مختارة، في حاًالتها الثًالث )الغازية، والسائلة، والصلبة(، ويطلق عليها النقطة الثًالثية

Triple Pointe،عند ضغط معين من هذه العناصر: الهيدروجين، واألكسجين، والماء ، ؛ ودرجة273.16والزنك، والفضة، والذهب. وقد حددت النقطة الثًالثية للماء، عند

.373.15الغليان، عند

أ- مقياس كالفن

يميل معظم العلماء والباحثين، عندما يشيرون إلى درجات الحرارة في أبحاثهم، إلى استخدام درجة الحرارة المطلقة، أو ما يسمي مقياس كالفن، الذي استمد اسمه من

(.190ْ7 ـ 1824 )Lord Kelvinمبتكره، العالم البريطاني، اللورد كالفن

يبدأ مقياس كالفن من الصفر المطلق، ويخلو من القيم السالبة؛ لذا، يفضل كثير من العلماء الباحثين، استخدامه في حساباتهم العلمية. إلى جانب ذلك،، فإنه عند درجة

الصفر المطلق، تكون حركة جزيئات المادة في أضعف حاًالتها، والطاقة الحركية في الحضيض؛ والجزيئات في أبرد ما يمكن أن تكون عليه. وعلى الرغم من ذلك، فإن بعض المواد، مثل الهيليوم، يبقى فيها، عند هذه الدرجة، بعض الحركة، على شكل

بين الذرات، تمنعها من التجمد. ويطلق علىVibrationsاهتزازات أو تذبذب مكاني . وتسمى الطاقةZero point vibrationsهذه اًالهتزازات، اهتزازات نقطة الصفر

. وًال يوجد درجةZero Point Energyالمرتبطة بهذه اًالهتزازات، طاقة نقطة الصفر حرارة تحت الصفر المطلق.

وفي مقياس كالفن، ًال توضع عًالمة الدرجة، كتلك الدائرة الصغيرة، التي توضع على أرقام درجات الحرارة، المقيسة بالمقياس المئوي أو الفهرنهايتي؛ وذلك، ألن المؤتمر

، استبدل كلمة كالفن،1968ـ1967العام للمكاييل والمقاييس، المنعقد في عامي ؛ لذا يشار إلى الوحدات باًالسم المفردKL بتسمية درجات كالفن، والرمز Kوالرمز

.Kكالفن، ويرمز إليها بالرمز المجرد

كالفن. ودرجة غليان الماء، هي273.16ودرجة ذوبان الثلج على هذا المقياس، هي ]ين مائة درجة متساوية.373.16 ]ين القيمت كالفن. ويفصل بين هات

ب- مقياس فهرنهايت

.1714ابتكر هذا المقياس في أوائل القرن الثامن عشر الميًالدي، وبالتحديد عام Gabrielوسمي نسبة إلى مبتكره، العالم الفيزيائي األلماني، جبريل دانييل فهرنهايت

Daniel Fahrenheit هو درجة الحرارة،32. وفي هذا المقياس، جعل فهرنهايت الرقم ، ، وهو درجة الحرارة لتبخره. وجعل الصفر أقل212kالتي يتجمد عندها الماء؛ والرقم

درجة حرارة، حصل عليها من خليط من الثلج والماء والملح. وقسم المدى، بين درجة$؛ كل� منها هو درجة. ويرمز إلى180ْالتجمد ودرجة الغليان، إلى $ متساويا قسما

Fالدرجات بالرمز Lفي أنبوب زجاجي. وكانت ،$ $ زئبقيا . وقد استخدم فهرنهايت ثرمومترا نقطتا الضبط عنده، هما نقطة الصفر، ودرجة حرارة جسم اإلنسان، في الظروف

]ي الضبط عنده، تصعب إعادة تمثيلهما بدقة،96Lالعادية، وقد قدرها بـ . ولكن، ألن نقطت$، بدرجة تجمد الماء ودرجة تبخره. إضافة إلى فإن المقياس الفهرنهايتي، يضبط، حاليا ذلك، فإنه مع التقدم التقني، أصبح المعروف، أن متوسط درجة حرارة جسم اإلنسان

98.6L.فهرنهايت

ج- المقياس المئوي

م، قدم1742بعد ابتكار فهرنهايت لمقياسه بثمان� وعشرين سنة$، وبالتحديد سنة $ لدرجاتAnders Celsiusعالم الفلك السويدي، أندرس سيلسيوس $ عشريا ، مقياسا

الحرارة. جعلت فيه نقطة ذوبان الثلج عند الدرجة الصفر، وجعلت درجة غليان الماء]ي التجمد والغليان، إلى 10ْ0ْLعند الدرجة درجة10ْ0ْ؛ وقسم المدى، بين درجت

؛Centigrade Scaleمتساوية. وقد اشتهر هذا المقياس، سنوات عديدة، باسم سينتجراد $، مشهور باسم مبتكره، ويطلق عليه سيلسيوس وهوCelsius Scaleولكنه، حاليا

معروف، باللغة العربية، بالمقياس المئوي لدرجات الحرارة. ويطلق على الثرمومتر،المستخدم فيه، الثرمومتر المئوي.

تقسيمات الدرجات في المقياس المئوي، تساوي، بالضبط، تقسيمات الدرجات فيين، بين نقطة ذوبان الثلج، ونقطة غليان10ْ0ْLمقياس كالفن؛ فهناك درجة في المقياس]

، إذ تتساوى القراءة في40ْLالماء. ودرجات الحرارة فيهما، تلتقي عند درجة –ين. المقياس]

$ على األغراض العلمية، في الوقت إن كان استخدام مقياس كالفن؛ مقتصرا$ في العالم، ويستخدم في الحاضر؛ فإن استخدام المقياس المئوي، هو األكثر شيوعا

كل البلدان، التي تستخدم النظام المتري. ويقتصر استخدام المقياس الفهرنهايتي على$، واستخدامه على العموم في تًالٍش�. $ من الدول حاليا انظر جدول)عدد محدود جدا

بعض أرقام المدى الحراري الواسع في(المدى الواسع لدرجات الحرارة، في الكونالكون، وقياسات درجات الحرارة المتطرفة على سطح األرض(.

الفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة

إن جميع المواد مكونة من جزيئات وذرات، دائمة اًالهتزاز والحركة؛ ولكنها متفاوتة$، في حاوية، السرعة، في المادة الواحدة. فلو أمكن رؤية جزيئات غاز األكسجين، مثًال$ آخر يتحرك بسرعة عالية، وبعضها األكبر حركته kن أن بعضها ًال يكاد يتحرك، وبعضا لتبي

$، فإن Temperatureمتوسطة. ولو كانت درجة حرارة $ مئويا %1.3 غاز األكسجين صفرا$، في الساعة؛ و360ْ صفر و من الجزيئات، سيراوح معدل حركتها بين %7.7 كيلومترا

$، في الساعة؛ ونحو 2670ْستتجاوز سرعتها % منها، ستراوح سرعتها بين91 كيلومترا$، في الساعة. وبذا، فإن متوسط سرعة جزيئات2670ْ و360ْالرقمين كيلومترا

$، في الساعة. [ 1 ]1660ْاألكسجين، في هذه الحالة، يساوي كيلومترا

ولكن، ما الذي يحدث لمتوسط سرعة جزيئات األكسجين، لو ارتفعت درجة$، في1750ْمئوية، سيكون متوسط سرعتها 30ْLالحرارة؟ عند درجة حرارة كيلومترا

$، في1941 مئوية، يرتفع إلى 10ْ0ْLالساعة؛ وعندما تصل درجة الحرارة إلى كيلومترا$، كلما ارتفعت درجة الحرارة، ازداد متوسط سرعة الجزيئات. وحركة الساعة. إذا

kر عن الطاقة الحركية ؛ فدرجة الحرارة ألي مادة، هيKinetic energy [ 2 ]الجزيئات، تعبمقياس لمتوسط طاقتها الحركية، أو متوسط سرعة حركة جزيئاتها.

ف بأنها إجمالي الطاقة الحركية، لكلHeatوالحرارة � شكل من أشكال الطاقة. وتعر الذرات والجزيئات المكونة للمادة. ويمكن أن ينظر إليها، على أنها طاقة في حالة

انتقال بين جسم]ين، مختلف]ين في درجة حرارتهما. وإليضاح الفرق بين الحرارة ودرجتها قارن بين كوب ساخن من الشاي، وحوض سباحة مملوء بالماء الدافئ. ًال شك أن

$ درجة حرارة السائل، في كوب الشاي، سيكون أعلى؛ ولكن كميته، ستكون أقل كثيرا، كذلك، من الطاقة في مياه الحوض. kمما في حوض السباحة؛ وستختزن طاقة، أقل

$ عنه في حوض السباحة. ويمكن $، فإن إجمالي الطاقة في الكوب، يقل كثيرا واستطرادا أن يستدل على ذلك، بوضع مكعب صغير من الثلج في األول، وآخر في الثاني،

$، بعد ذوبان مكعب الثلج؛ بينما لن يتأثر والمؤكد أن درجة حرارة الشاي، ستنخفض كثيرا�هلك جزء كبير الماء في حوض السباحة؛ إذ إن الطاقة المختزنة في الكوب قليلة، است

منها في إذابة مكعب الثلج الصغير؛ بينما لم يظهر أثر مكعب الثلج في ماء الحوض.

ويمكن إيضاح هذه الحقيقة بمثال آخر: لو و�ضع إناءان، بحجم واحد، على النار؛ األول مملوء كله بالماء، والثاني مملوء ربعه فقط، لبدأت الحرارة تنتقل إلى السائل فيهما، بمعدل انتقال واحد؛ ألن قوة النار تحتهما واحدة. إًال أن ارتفاع درجة الحرارة، سيكون

$، بعد أكثر سرعة إلى اإلناء األقل ماء$، منه إلى اإلناء الممتلئ، الذي سيغلي ماؤه، حكما غليان نظيره؛ أي أنه سيحتاج إلى كمية أكبر من الطاقة )الحرارة( تعجkل غليانه. كمية

$، تعتمد على كتلة المادة؛ ولكن درجة الحرارة، ًال تعتمد عليها. لذا فإن الحرارة، إذا ، وهي الطبقة الرابعة، والخارجية، من الغًالفThermosphereطبقة الثيرموسفير

30ْ0ْالغازي، ترتفع فيها درجة الحرارة إلى ما فوق ألف درجة مئوية. فعلى ارتفاع $ للنشاط170ْ0ْ و70ْ0ْكيلومتر من سطح األرض، تراوح الحرارة بين درجة مئوية، تبعا

؛ وألن جزيئات الهواء، تمتص األشعة(انظر شكل تغير درجة الحرارة)الشمسي الشمسية قصيرة الموجة، عالية الطاقة، فإن درجة حرارتها ترتفع. في هذه الطبقة، 0ْ.2تمتص جزيئات األكسجين األشعة الشمسية فوق البنفسجية، بطول موجة أقلk من ]ين من األكسجين؛ ميكرومتر؛ ما يوفر طاقة كافية لفصل جزيء األكسجين إلى ذرت

وفائض الطاقة، يظهر على شكل زيادة في سرعة ذرات األكسجين.

 

[--!<if !vml[--!<>--]endif>--] 

 

$ في هذه الطبقة، فًال يوجد إًال القليل من الذرات ولكن، ألن الهواء متخلخل جدا والجزيئات؛ فإن امتصاص كمية قليلة من الطاقة الشمسية، يؤدي ارتفاع درجة الحرارة

$. ولهذا السبب، تحدد درجة حرارة التوابع الفضائية $ كبيرا ، التي تدورSatellitesارتفاعا حول األرض، في طبقة الثيرموسفير، على أساس كمية اإلشعاع الشمسي، التي

تمتصها، وليس على أساس درجة الحرارة العالية للهواء المحيط بها، والذي يكاد يكون$. وعلى الرغم من اًالرتفاع الشديد لدرجة الحرارة )سرعة جزيئات الهواء(، فلو معدوما

أن أحد مًالحي الفضاء، أخرج يده من المركبة، في تلك الطبقة، فلن يشعر بالحرارة انظر شكل انخفاض)الشديدة؛ وذلك لقلة جزيئات وذرات الهواء التي تصادم يده

. وعلى الرغم من أن مفهوم]ي الحرارة ودرجتها مميزان ومختلفان(كثافة الهواء أحدهما عن اآلخر؛ إًال أنهما مترابطان. فالمؤكد أن زيادة حرارة المادة، تؤدي رفع درجة

حرارتها.

إضافة إلى ذلك، فإن وجود فارق في درجة الحرارة، يحدد اتجاه سريانها. فعندما يوجد اتصال بين جسم]ين، مختلف]ين في درجة الحرارة، تنتقل الحرارة من الجسم

األعلى في درجة حرارته إلى األدنى، حتى يتحقق التوازن.

قياس الحرارة

تمثل الحرارة الطاقة الحرارية، المنتقلة من جسم، درجة حرارته أعلى، إلى جسم،. ويقاس مقدار الطاقة الحرارية، المنقولة إلى أي جسم، بالسعرات dدرجة حرارته أقل

ف السعر الحراري بأنه مقدار الحرارة )الطاقة(، الًالزمة لرفعCaloriesالحرارية � . ويعر$، لو رفعت درجة حرارة درجة حرارة جرام واحد من الماء، درجة مئوية واحدة. مثًال

درجة مئوية؛ فإن ذلك يعني، أن جرام الماء، زود35L إلى 30ْLجرام من الماء، من بخسمة سعرات حرارية. وبالمثل، يلزم خمسة سعرات حرارية، لرفع درجة حرارة

درجة مئوية. وفي المقابل، يلزم التخلص31L إلى 30ْLخمسة جرامات من الماء، من 30ْL إلى 35Lمن خمسة سعرات حرارية، لخفض درجة حرارة جرام واحد من الماء، من

$؛ أو لخفض درجة حرارة خمسة جرامات من الماء، من 34L إلى 35Lدرجة مئوية، مثًالدرجة مئوية.

وينبغي أن ًال يخلط السعر الحراري، المستخدم هنا، بما يستخدمه الغذائيون، ويسمونه السعر الحراري، وهو في الواقع يساوي ألف سعر حراري، أو هو ما يطلق

.Kilocalorieعليه كيلو سعر

لقد سبق القول، إن تزويد المادة بالحرارة، يؤدي رفع درجة حرارتها. ولكن، هناك حاًالت، تستهلك فيها المادة الحرارة، من دون أن يظهر أثر ذلك في درجة حرارتها. فتعريض الماء لمزيد من الحرارة، عند درجة الغليان، ًال يزيد حرارته، بل يبخره. من الواضح هنا أن الطاقة المكتسبة، بعد الغليان، ًال تظهر على شكل ارتفاع في درجة الحرارة، بل تستهلك في فك الروابط البينية بين جزيئات الماء، لتتحول من الحالة

السائلة إلى الحالة الغازية )بخار ماء(. ويطلق على الحرارة المستهلكة في هذه . وكذلك لو غ�مس]Latent heat of Vaborization ]3العملية، الحرارة الكامنة للتبخر

م تحت الصفر؛ وع�ر�ض الثلج للحرارة،20ْLثرمومتر في قالب من الثلج، درجة حرارته – فإنها ستؤدي ارتفاع درجة حرارته، بالتدريج، حتى يصل إلى درجة الصفر المئوي، حيث

سيتوقف، على الرغم من استمرار التزويد بالقدر نفسه من الحرارة! في هذه المرحلة، الطاقة الواصلة، ًال يظهر لها أثر في درجة الحرارة؛ ألنها تستهلك في فك

الروابط البينية بين الجزيئات، عند تحو�ل البلورات الثلجية إلى ماء سائل. ويطلق على Latent heat of meltingالحرارة المستهلكة في هذه العملية، الحرارة الكامنة لإلذابة

.(انظر شكل كمية الطاقة)

مئوية؛40ْL جرام واحد من الثلج، درجة حرارته -(شكل كمية الطاقة)يتمثل في $ رفعت $ حراريا ل�ط عليه مقدار مقنن من الحرارة. يًالحظ أن إضافة عشرين سعرا س�

[ 4 ]م، إلى درجة صفر مئوي. وذلك ناتج من أن السعة الحرارية40ْLدرجة حرارته من – للثلج، تساوي نصف سعر حراري للجرام. ولكن، بعد الوصول إلى درجة الصفر المئوي،

توقkف ارتفاع درجة الحرارة، على الرغم من استمرار التزود بالطاقة، حتى الوصول$،80ْ، على المحور السيني )األفقي(. وذلك يعني استهًالك 10ْ0ْإلى الرقم $ حراريا سعرا

من دون تغير درجة الحرارة. ولكن جرام الثلج، في نهاية هذه المرحلة، تحوkل إلى جرام من الماء؛ والحرارة المضافة، استهلكت في فك الروابط البينية، ويطلق عليها

الحرارة الكامنة لإلذابة.

مئوية، إلى الحالة40ْLلقد استهلك جرام الثلج، لتحويله من حالة التجمد بدرجة – سعر حراري. بعد ذلك، أي حرارة مضافة، سيظهر10ْ0ْالسائلة عند درجة صفر مئوي،

أثرها في درجة حرارة جرام الماء، بواقع زيادة درجة مئوية واحدة، لكل سعر حراري سعر10ْ0ْم، بعد إضافة 10ْ0ْLمضاف. وعندما تصل درجة حرارة جرام الماء إلى

$،450ْحراري، تتوقف الزيادة في درجة الحرارة. ويستهلك جرام الماء $ حراريا سعرا من دون أن يظهر لها أثر في درجة حرارة الماء. والشيء الوحيد المًالحظ، هو تناقص

$، يكون جرام الماء، قد450ْالماء في اإلناء، نتيجة لتبخره. وبعد استهًالك $ حراريا سعرا تحوkل كله إلى بخار. ذلك المقدار من الحرارة، الذي استهلك، ولم يظهر له أثر في درجة حرارة الماء، استهلك في فك الروابط البينية بين جزيئات الماء، ويطلق عليه

الحرارة الكامنة للتبخر.

�$80ْوالحرارة الكامنة للتبخر أعلى من الحرارة الكامنة لإلذابة، التي لم تتعد سعرا للجرام الواحد من الماء؛ وذلك ألن التحول من حالة السيولة إلى حالة الغازية، يحتاج

إلى فك جميع الروابط البينية بين الجزيئات، فتنطلق جزيئات بخار الماء في الهواء بحرية تامة. وعند التحول من حالة الصًالبة )الثلج( إلى حالة السيولة )ماء(، ًال يلزم فك جميع الروابط البينية، بل بعضها؛ بما يسمح بتحرك جزيئات الماء مع بعضها. ويجب أن يًالحظ، أنه عند التعامل مع الظروف البيئية العادية، ومعدًالت درجات الحرارة السائدة

في البيئات الطبيعية، يتبخر الماء؛ على الرغم من أن درجة حرارته، لم تصل إلى درجة سعر حراري، للتحول60ْ0ْم. ويحتاج جرام الماء، في هذه الحاًالت، إلى 10ْ0ْLالغليان

إلى بخار. وتنطلق هذه الحرارة الكامنة عند تكاثفه، مرة أخرى.

 

.450ْ0ْ-2670ْ حسب هذا المتوسط على أساس حدود الفئة العليا من [ 1 ]

الطاقة الحركية: خًالف الطاقة الكامنة، ويكتسبها الجسم نتيجة لحركة كتلته. وهي [ 2 ]$ مقياس لمقدار العمل الذي يمكن أن يؤديه الجسم المتحرك. أيضا

الحرارة الكامنة: هي إجمالي الطاقة المستهلكة في، أو الناتجة عن تغير الحالة[3])اإلذابة، التبخر( دون تغير في درجة الحرارة.

السعة الحرارية للمادة هي كمية الحرارة الًالزمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من[4]المادة درجة مئوية واحدة.

معادلة درجة الحرارة

أ- معادلة درجة المقياس المئوي بدرجة المقياس الفهرنهايتي

ين: المئــوي هنــاك عــامًالن مهمــان يــؤثران في عمليــة المعادلــة بين المقياســ]والفهرنهايتي:

درجة في10ْ0ْـ الفارق بين نقطة ذوبان الثلج ودرجة غليان الماء، يساوي C درجة، في الثاني؛ ما يجعل الدرجة المئوية 180ْالمقياس األول؛ و Lأكبر من ،

Fالدرجة الفهرنهايتية L من مراعاة هذا1.8 أو 180ْ/10ْ0ْ، بما يساوي kوًال بد . ين بدرجة اآلخر. فيجب أن يؤخذ ذلك الفارق، عند معادلة درجة أحد المقياس]

الفارق في اًالعتبار.

ـ األخذ في الحسبان، عند المعادلة، أن درجة التجمد، في المقياس المئوي، هي انظر شكل مقاييس درجة) 32الصفر؛ وفي المقياس الفهرنهايتي، هي

]ين، في المعادلة بين(الحرارة ]ين التاليت . ويمكن استخدام إحدى المعادلتدرجات المقياس]ين:

للتحويل من المئوي إلى الفهرنهايتي:

32 +  (C؛ × 1.8 = )F؛

للتحويل من الفهرنهايتي إلى المئوي:

 

=  C؛F - 32؛

1.8

 

ب- معادلة درجة المقياس المئوي بدرجة مقياس كالفن

$. فهناك يشبه مقياس كالفن المقياس المئوي؛ إذ إن تقسيماتهما متساوية تماماين، تفصل بين درجة ذوبان الثلج ودرجة غليان الماء. ولكن10ْ0ْ درجة، في المقياس]

373.16، والغليان عند درجة 273.16التجمد، المقياس األول، يكون عند درجة . ويكونان، في الثاني، على التوالي(انظر شكل مقاييس درجة الحرارة)

�ر عنها، ببساطة، بإضافة ]ين: الصفر والمائة. لذا، فالعًالقة بين المقياس]ين، يعب الدرجت، أو طرحها، من الدرجة، عند المعادلة، كما يلي:273.16

للتحويل من كالفن إلى المئوي:

C = K – 273.16؛

 

وللتحويل من المئوي إلى كالفن:

K = ؛C + 273.16

 

ج- معادلة درجة المقياس الفهرنهايتي بدرجة مقياس كالفن

Lر إن معادلة درجة مقياس كالفن بدرجة المقياس الفهرنهايتي، تمر، عادة، عبين: المئوي $ إلى أن طول الوحدات متساو� في المقياس] المقياس المئوي. ونظرا

يجب أخذه في الحسبان، ألن الفارق بين درجة ذوبان1.8وكالفن، فإن المعامل درجة، في180ْ درجة؛ و10ْ0ْالثلج ودرجة غليان الماء، في مقياس كالفن، هو

درجة في القياس1.8المقياس الفهرنهايتي، فكل درجة بمقياس كالفن تساوي الفهرنهايتي. ولمعادلة درجات مقياس كالفن بتلك الفهرنهايتية، تستخدم المعادلة

التالية:

F = 1.8K – 459.69؛

 

وللتحويل من الدرجات الفهرنهايتية إلى مقاس كالفن، تستخدم المعادلة التالية:

 

K  =F - 32؛

+  273.161.8

 

Temperature Conversion Table

From To Fahrenheit To Celsius To Kelvin

Fahrenheit (F)F (F - 32) * 5/9 (F - 32) * 5/9 + 273.15

Celsius (C or o)(C * 9/5) + 32 C C + 273.15

Kelvin (K)(K - 273.15) * 9/5 + 32 K - 273.15 K

آلية انتقال الحرارة

تنتقل الحرارة من جسم إلى آخر، أو من مادة إلى أخرى، بطرائق ثًالث: التوصيل)أو المًالمسة(، والحمل )أو اًالختًالط(، واإلشعاع.

Conductionأ- التوصيل

، مألوف لدى معظم الناس.Conductionوانتقال الطاقة بطريقة التوصيل فالقضيب المعدني، الذي طرفه في النار، سيسخن طرفه اآلخر، بالتوصيل.

والملعقة المعدنية، في القدر، يسخن مقبضها، بالتوصيل. والجدار الذي تسقط عليه$، هو أشعة الشمس، من الخارج، يسخن جانبه الداخلي، بالتوصيل. التوصيل، إذا انتقال الحرارة من جزيء إلى جزيء في المادة؛ فانتقال النشاط الجزيئي في

المادة، بين الجزيئات المتجاورة، يؤدي سريان الحرارة من طرف القضيب المعدني$ من الطرف أو المعرض للهب إلى الطرف اآلخر. ويكون سريان الحرارة دائما

الجزء الدافئ، األعلى حرارة، إلى الجزء األبرد.

$، تع]د $؛ فالمعادن، مثًال $ بينا قدرة المواد على التوصيل الحراري، تختلف اختًالفا$ للحرارة. ويعتمد التوصيل موصًالت جيدة للحرارة؛ والهواء، موصل رديء جدا

انظر جدول التوصيل الحراري)الحراري، في المواد، على بناء جزيئاتها وترابطها .(لبعض المواد

المواد الصلبة، كالمعادن، موصًالت جيدة للحرارة؛ ولكن، قد يصعب الحكم على$، مًالمسة صنبور ماء، معدني، بدرجة حرارة الغرفة، تعطي حرارة المعدن. فمثًال

$ مما هو في الواقع. والسبب أن توصيل المعدن العالي $ بأنه أبرد كثيرا شعورا للحرارة، يجعل جزيئاته، تنقل الحرارة إليه من أصابع اليد، بسرعة، مما يعطي

$ بالبرودة. شعورا

$ للحرارة، فإن التوصيل الحراري ألي مادة، ينخفض وألن الهواء موصل رديء جدا بمقدار ما تحويه من فراغات وفقاقيع هوائية. وبسبب اًالنخفاض الشديد للتوصيل

، فإن حرارة سطح(انظر جدول التوصيل الحراري لبعض المواد)الحراري للهواء �س]خ�ن الطبقة الرقيقة فقط من الهواء )بضعة سنتيمترات(، المًالمسة األرض، ت

لسطح األرض، بالتوصيل.

kها فاعلية، التوصيل الحراري، بصفته آلية من آليات انتقال الحرارة، هو أقل$، في غالب األحوال، عند $ كبيرا بالنسبة إلى الغًالف الغازي. لذا، ًال يعار اهتماما

المتابعة المتيورولوجية لظاهرات الغًالف الغازي.

ب- الحمل

كثير من عمليات نقل الحرارة، التي تحدث في الغًالف الغازي، تحدث بطريقةف هذه اآللية بأنها انتقال الحرارة بتحرك الكتلة، أوConvectionالحمل � . وتعر

بالدورات الداخلية للمادة. لذا، فهذه الطريقة، تحدث في الموائع فقط )وهذه تشمل السوائل، مثل مياه المحيطات؛ وتشمل الغازات، مثل الهواء(؛ وذلك ألن

الموائع حرة الحركة، ومن السهل أن يحدث فيها تيارات حمل، تنقل الحرارة.

، حيث إناء فيه(انظر شكل انتقال الحرارة)ويوضح المقصود بهذه اآللية، ماء، يغلي على النار. تنتقل الحرارة، في البداية، من النار إلى قاع القدر

)باإلشعاع(، ومنه تنتقل إلى الماء، الذي يًالمسه )بالتوصيل(. ومع ارتفاع حرارة الماء، في قاع القدر، يبدأ بالتمدد، وتنخفض كثافته، لتصبح أقلk من كثافة الماء

األبرد منه، في أعلى القدر. وذلك يدفع الماء من القاع إلى أعلى، في تيارات حمل؛ ويندفع ماء أقلk حرارة، من أعلى القدر إلى األسفل )ألنه أثقل(، ليسخن ثم يعود إلى األعلى. وما دام تسخين الماء غير متساو�، ومصدر الحرارة من األسفل فقط،

$ ما يسمى دورة الحمل Convectiveفإن الماء سيستمر في الدوران، مكوناCirculation.

ومعظم الطاقة، التي تكتسبها غازات الغًالف الغازي، في الطبقة السفلى، القريبة من سطح األرض، سواء التي تصل إليها باإلشعاع، أو تلك التي تكتسبها

بالتوصيل الحراري من سطح األرض ـ تنتقل بالحمل.

$ في الغًالف الغازي؛ ففي يوم مشمس، دافئ، $، يحدث طبيعيا فالحمل، إذا تكتسب بقع من سطح اليابس حرارة أكثر من األجزاء المجاورة. ونتيجة لذلك، فإن

الهواء المًالمس لسطح األرض، يسخن بشكل غير متساو�؛ إذ تكتسب جزيئاته، المًالمسة لتلك البقع األكثر سخونة، حرارة أكثر بالتوصيل الحراري. فيتمدد الهواء الساخن، ويصبح أقلk كثافة من الهواء المحيط به، فيرتفع إلى األعلى، ويحل محله

]ين. وبهذه الطريقة، تتحرك فقاقيع كبيرة من الهواء هواء أبرد منه، من الجانب الساخن إلى األعلى حاملة معها الحرارة، بل الرطوبة كذلك. وًال يلبث الهواء البديل

أن يسخن، فيتحرك إلى األعلى.... وهكذا.

في المتيورولوجيا، يطلق على عملية اًالنتقال الرأسي للحرارة، بهذه الطريقة، . ولكنThermals؛ وعلى الفقاقيع الهوائية الصاعدة، الحراريات Convectionالحمل

$، فيحدث نقل أفقي أو رأسي للحرارة. $ أو رأسيا الهواء، يمكن أن يتحرك أفقيا.Wind، والتسمية الشائعة له الريح Advectionويطلق على التحرك األفقي التأفق

وعلى المستوى العالمي، تتسبب تيارات الحمل بدورات هوائية كبيرة، حول العالم؛ هي المسؤولة عن إعادة توزيع الحرارة، بين األقاليم اًالستوائية والمدارية

الحارة، وتلك القطبية المتجمدة.

ويستخدم طيارو الطيارات الشراعية، الفقاعات الهوائية الصاعدة )الحراريات(،$ في الفضاء، ويظل الطيار ينتقل من فقاعة إلى أخرى. وإذا كان الهواء للتحليق عاليا

$، فإنه يؤدي تكوkن السحب الركامية .Cumulus Cloudsفي الحراريات الصاعدة رطبا وبما أن تكوkن هذا النوع من السحب، مرتبط بالهواء الصاعد والهابط، فإن

$ التحليق فوقها، على المرور من تحتها، من أجل راحة الطيارين، يفضلون دائماالركاب، وخاصة في الطائرات الصغيرة.

ج- اإلشعاع

، المنبعث من جسمRadiationالطريقة الثالثة ًالنتقال الحرارة، هي اإلشعاع ]ين، التوصيل والحمل، ]ين السابقت مشع، في جميع اًالتجاهات. وعلى خًالف الطريقت

$، تنتقل خًالله الحرارة، فإن اإلشعاع يسري في الفضاء. ]ين تتطلبان وسطا اللت واإلشعاع هو اآللية، التي تنتقل بها الطاقة من الشمس إلى األرض، وبقية كواكب

. جميع الموجات(انظر شكل الطاقة الشمسية)المجموعة الشمسية ألف كيلو متر، في الثانية )سرعة30ْ0ْاإلشعاعية، تنتقل في الفضاء بسرعة

$. وتنتقل $ جدا الضوء(؛ وًال تنقص سرعتها، عند سريانها في الغًالف الغازي، إًال قليًالالطاقة داخل جهاز الميكروويف، فتسخن الغذاء، باإلشعاع.

جميع األشياء، التي درجة حرارتها فوق الصفر المطلق، بغض النظر عن كبرها أو صغرها، تطلق طاقة إشعاعية. فالنار، وجسم اإلنسان، واألشجار، والهواء، واألرض،$ من الموجات اإلشعاعية. إذ اإلنسان الجالس أمام $ عريضا والنجوم، كلها تشع نطاقا

،(انظر شكل االنتقال اإلشعاعي للحرارة)النار، في العراء، في يوم بارد يشعر بحرارة النار، تلفح وجهه وتدفئه؛ على الرغم من برودة الهواء خلفه. فالطاقة�شعره تنتقل إليه من النار، باإلشعاع، فيمتصها جسده، ويحولها إلى طاقة حرارية، ت بالدفء. الطاقة المنطلقة من النار، في هذه الحالة، طاقة إشعاعية، وتنتقل على

شكل موجات، مختلفة الطول، يطلق عليها الموجات الكهرومغناطيسيةElectromagnetic Waves (انظر شكل الطيف الكهرومغناطيسي).أطوالها .

$ من مليون جزء، منμmويقاس طول الموجة بالميكرومتر ، الذي يساوي جزءاالمتر:

م6-10 متر = μm = 0.000001 ميكرومتر 1

$ من الطيف الكهرومغناطيسي، يطلق عليه $ ضيقا وًال ترى عين اإلنسان، إًال نطاقاالطيف المرئي. ويناهز متوسط طول األشعة المرئية الضوئية نصف ميكرومتر.

ويعتمد طول الموجات، التي يشعها أي جسم، على درجة حرارته. فكلما كانت درجة حرارة الجسم أعلى، كانت الموجات أقصر، وطاقتها أكثر. ويتوقف الجسم عن

�ر عن ذلك، عادة، بقانون ستيفان بولتزمان اإلشعاع، عند درجة الصفر المطلق. ويعبStefan-Boltzman Law:

R = σ* T4

 

R.أقصى معدل لإلشعاع من كل سنتيمتر مربع، من سطح المادة =

T.درجة حرارة سطح الجسم، بمقياس كالفن =

273.16ويقول القانون إن أي جسم، درجة حرارته فوق الصفر المطلق )- مئوية(، تنطلق منه األشعة، بمعدل منسوب للقوة الرابعة لدرجة حرارته المطلقة

)بمقياس كالفن(.

$ من $ عريضا وًال يقتصر إشعاع األجسام على طول موجي واحد، بل تطلق نطاقا األشعة، بأطوال موجات مختلفة. ولكن، قد يتركز الحد األقصى لإلشعاع من الجسم،

�ر عن ذلك قانون واين ، الذي يقول إنWien’s Lawفي طول موجي محدد. ويعب$، إلى درجة أقصى إشعاع للطاقة من الجسم، يحدث بطول موجة منسوب، عكسيا

حرارته، بمقياس كالفن:

 

λmax =Constant

T

 

λmax.طول موجة اإلشعاع األقصى للطاقة، بالميكرومتر =

T .درجة حرارة الجسم، بمقياس كالفن =

Constant = 2892 = ثابت $ .30ْ0ْ0ْ، أو تقريبا

آًالف كالفن، فإن6فإذا كانت درجة حرارة الغًالف الخارجي للشمس، تقدر بنحو طول موجة اإلشعاع األقصى من الشمس، يمكن حسابها كالتالي:

λmax = 3000/6000طول موجة اإلشعاع األقصى للشمس ميكرومتر.0.5 =

كالفن، أكبر كمية30ْ0ْوتشع األرض، التي يقد�ر متوسط درجة حرارة سطحها بنحو λmax = 30ْ0ْ0ْ/30ْ0ْ = 10ْ  ميكرومترات، 10ْمن الطاقة، بطول موجة، يصل إلى

.(انظر شكل الموجات اإلشعاعية)ميكرومترات

$، ترسل معظم أشعتها، بموجات أطول من تلك التي ترسل بها الشمس األرض، إذا$، طويل الموجة Long Wave Radiationأشعتها. لذا، يطلق على اإلشعاع األرضي، غالبا

.Short Wave Radiationوعلى اإلشعاع الشمسي قصير الموجة

$، نسبة إلى والجزء، الذي يدركه بصر اإلنسان من الطيف اإلشعاعي، محدود جدا انظر شكل الطيف)أطوال الموجات في الطيف الكهرومغناطيسي

�سمى الطيف المرئي، أو الضوء المرئي (الكهرومغناطيسي ، أوVisible Light؛ وي األشعة المرئية. والضوء المرئي، على الرغم من أنه يبدو أبيض، إًال أنه، في الواقع،

ميكرومتر، إلى األحمر،0ْ.4حزمة من األلوان، تمتد من البنفسجي، بطول موجة ميكرومتر. في الطيف الكهرومغناطيسي، األشعة المجاورة للحمراء،0ْ.7بطول موجة

$؛ وتسمى األشعة تحت الحمراء؛ وًال يراها اإلنسان، ولكنه يشعر أطول منها موجة قليًال بحرارتها. وعلى الطرف اآلخر للطيف المرئي، األشعة فوق البنفسجية أقصر موجة$ من األشعة البنفسجية، وًال تراها عين اإلنسان؛ وهي المسببة للحروق الجلدية، قليًال

عند التعرض للشمس، مدة طويلة. ومعظم األشعة الصادرة عن الشمس، مركزة في %43النطاق المرئي وما حوله؛ ولكنها تمتد، لتشمل الطيف الكهرومغناطيسي كله.

من الطاقة اإلشعاعية، الصادرة عن الشمس، تشع بطول موجات في النطاق المرئي %، في نطاق األشعة فوق7 ميكرومتر. وتبلغ هذه النسبة 0ْ.7 و0ْ.4الضيق يراوح بين

%، في نطاق األشعة11%، في نطاق األشعة تحت الحمراء القريبة؛ و37البنفسجية؛ و %، في نطاق األشعة السينية، وأشعة جاما، واألشعة1تحت الحمراء البعيدة، وأقلk من

الراديوية.

هذا المدى العريض، في أطوال األشعة الكهرومغناطيسية القادمة من الشمس، يتيح لمكونات الغًالف الغازي حول األرض، وما فيها من عوالق، أن تمنع بعض أنواع

األشعة، بأطوال موجات معينة، من الوصول إلى األرض. وبالمثل، قد تمنع بعض األشعة الصادرة عن األرض، من الخروج إلى الفضاء الخارجي. ويؤثر ذلك في كثير من الظاهرات، الميتورولوجية والمناخية والبيئية، على سطح األرض؛ إذ يرفع درجة حرارة

.(انظر شكل امتصاصية الغالف الغازي)الغًالف الغازي

ي األكسجين واألوزون، ومن رحمة الله بالمخلوقات الحية على األرض، أن غاز] يمتصان كل� األشعة فوق البنفسجية، المضرة باألحياء، القادمة من الشمس، قبل

وصولها إلى سطح األرض؛ بينما تواصل األشعة المرئية رحلتها إلى سطح األرض. وفي نطاق اإلشعاع األرضي طويل الموجة، الخارج من األرض إلى الفضاء، يوجد ما يسمى

بالنافذة الجوية لألشعة تحت الحمراء، التي يراوح مداه، في الطيف الكهرومغناطيسي،$؛ وًال يحدث فيه إًال القليل من اًالمتصاص لتلك11 ميكرومترات و8بين ميكرومترا

األشعة. وتساعد النافذة األرض على استقرار ميزانيتها الحرارية؛ إذ تتيح لها التخلص من فائض الطاقة. كما تستخدم هذه النافذة بشكل واسع، في عمليات اًالستشعار عن

بعد، لرصد مظاهر سطح األرض. 

دقيقةK4 2 كالوري/سم11-10ْ × 8.13 هي ثابت ستيفان بولتزمان وتأخذ القيمة *

التوزيع الرأسي لدرجات الحرارة، في الغالف الغازي

تصل الطاقة الشمسية إلى سطح الغًالف الغازي لألرض بعد أن تقطع المسافة بين 30ْ0ْ مليون كيلومتر، بسرعة تصل إلى 150ْالشمس واألرض، التي تبلغ في المتوسط

دقائق، لتصل إلى األرض. وعند8ألف كيلومتر، في الثانية. وتستغرق األشعة قرابة بداية اختراقها لغازات الغًالف الغازي لألرض، تمتص الطبقات العليا من الغًالف الغازي

ميكرومتر وما دون. وتمتص بعض الغازات األخرى0ْ.3جميع األشعة، التي تبلغ موجاتها

$ أخرى من الموجات، وتشتت بعضها انظر شكل امتصاصية الغالف)أطواًال.(الغازي

$ إن ما يصل إلى سطح األرض من الطاقة الشمسية، يسخنها، بدرجات متفاوتة، تبعا لزاوية سقوط األشعة الشمسية، وطبيعة السطح، الذي تسقط عليه ) سائل، صلب،

لونه، امتصاصيته لألشعة، انعكاس األشعة من على سطحه(. بعد تسخين سطح األرض،يسخن الهواء المًالمس له، في الطبقة السفلى من الغًالف الغازي.

يمكن تتبع التغير في درجات الحرارة، والضغط الجوي، ابتداء$ من سطح األرض إلى أعلى الغًالف الغازي. فباإلنطًالق إلى أعلى، في يوم من أيام الربيع المعتدلة الحرارة،

، [ 1 ] مئوية، والضغط الجوي، ًال يتعدى ألف مليبار15Lودرجة الحرارة على سطح األرض يتضح أن انخفاض الحرارة يواكب اًالرتفاع عن سطح األرض، مصدر تسخين الغًالف الغازي، من األسفل. إذ تسخن الطبقات الدنيا منه بالمًالمسة، وتنتقل الحرارة إلى

الطبقات التي تعلوها، بالحمل. وتمتص بعض غازات الغًالف الغازي األشعة الحراريةد تناقصهما، � الصادرة عن األرض، وخاصة بخار الماء وثاني أكسيد الكربون، اللذ]ين يطر$ لًالرتفاع؛ ما يجعل الطبقات الدنيا من الغًالف الغازي أعلى حرارة. وتستمر درجة تبعا

مئوية؛20ْL كيلومترات إلى –5.5الحرارة باًالنخفاض، مع اًالرتفاع، فتصل عند ارتفاع، مليبار. ويتوالى انخفاض درجة الحرارة حتى ارتفاع50ْ0ْوينخفض الضغط الجوي إلى

$، حيث تصل إلى ـ11 مئوية. هذا النطاق من الغًالف الغازي، الممتد من57L كيلومترا سطح األرض إلى حيث تتوقف درجة الحرارة عن اًالنخفاض، يطلق عليه التروبوسفير

Troposphere ( تغير درجة الحرارة انظر شكل ) .

، وتعني التغير، وكلمة سفيرTropeinجاءت هذه التسمية من الكلمة اليونانية تروبين Sphereالغًالف المتغير. وفيه تحدث جميع المظاهر ،$ غًالف؛ تعني التروبوسفير، إذا

$17الجوية المألوفة، من سحب ورعد وبرق ومطر وبرد ونحوها. عند ارتفاع كيلومترا مئوية، من دون تغير، مكونة بداية الحد الفاصل بين طبقة57Lتظل درجة الحرارة، -

وهي تفصلTropopauseالتروبوسفير والطبقة التي تعلوها؛ ويطلق عليه التروبوباوز . وألن سماكة الغًالفStratosphereبين طبقة التروبوسفير وطبقة الستراتوسفير

الغازي، تتأثر بالحرارة، فهو أكثر سماكة فوق المناطق اًالستوائية والمدارية الحارة،$ لذلك. فهو يراوح، في ]ين؛ فإن ارتفاع التروبوباوز، يختلف تبعا وأقلk سماكة فوق القطب

$؛ ويزداد فوق المناطق المدارية؛ وينخفض17 و11العروض المعتدلة، بين كيلومترافوق المناطق القطبية.

$، فوق السطح، تنقلب20ْفي طبقة الستراتوسفير، وعلى ارتفاع قرابة كيلومترا األمور، وينعكس الحال؛ إذ تبدأ درجة الحرارة تزداد بازدياد اًالرتفاع. هذه الطبقة، هي

، حيث تفوح رائحة غاز األوزون، الذي يمتصInversion Layerطبقة اًالنقًالب الحراري ميكرومتر، عالية الطاقة؛ فترتفع0ْ.3 و0ْ.2األشعة الشمسية قصيرة الموجة، ما بين

حرارته، ويسخن غازات الهواء المخالطة له في هذه الطبقة، وأهمها األكسجين،$، وعلى الرغم من أن درجة الحرارة تزداد بازدياد30ْوالنيتروجين. على ارتفاع كيلومترا

مئوية.46Lاًالرتفاع، إًال أن درجة حرارة الهواء، تبقى منخفضة إلى حدd كبير؛ إذ تبلغ ـ

]ين ونصف، على ارتفاع 50ْيط�رد ازدياد درجة الحرارة باطkراد اًالرتفاع، فتصل درجت$، حيث يتوقف ازديادها؛ ما يشير إلى نهاية طبقة الستراتوسفير، وغطائها كيلومترا

$ بدخول الطبقة التالية، وهي طبقةStratopauseالعلوي، طبقة الستراتوباوز ؛ إيذانا ، حيث تتكون، في بدايتها، طبقة من التساوي الحراريMesosphereالميزوسفير

Isothermalوينخفض الضغط الجوي إلى مليبار واحد فقط. وعلى الرغم من سطوع ، الشمس، إًال أن الظًالم يسود هذه الطبقة، ويزداد حلكة بازدياد اًالرتفاع، وذلك لتناقص جزيئات الهواء. والمعروف أن تشتيت جزيئات الهواء ألشعة الشمس المرئية، قصيرة

الموجة، في مختلف اًالتجاهات، يعطي السماء لونها األزرق. ولكن تناقص جزيئات$ يقلل من كمية األشعة المشتتة؛ لذا، تبدو السماء $ كبيرا الهواء في هذه الطبقة تناقصا

$ سوداء مظلمة. وعلى الرغم من أن نسبة األكسجين في هذه الطبقة، ًال تختلف كثيرا$ عن نسبته في الهواء، قرب مستوى سطح البحر، إًال أن قلة تركز الهواء، تجعل عددا

$ للتنفس؛ ما يستلزم استخدام مساعدات $ من جزيئات األكسجين فيها متاحا قليًالتنفسية.

تنخفض درجات حرارة الهواء، لكما ازداد اًالرتفاع في طبقة الميزوسفير. ويتواصل$، حيث تصل درجة حرارة الغًالف الغازي إلى أقل85kانخفاضها حتى ارتفاع كيلومترا

مئوية. وتتوقف درجات الحرارة عن اًالنخفاض بدخول طبقة90ْLمستوياتها، إذ تبلغ – ، الفاصلة بين هذه الطبقة وتلك التي تليها، من الغًالف الغازي،Mesopauseالميزوباوز

وهي طبقة الثيرموسفير.

،Thermosphereبعد تجاوز منطقة اًالستقرار الحراري، في بداية طبقة الثيرموسفير تبدأ درجة الحرارة باًالزدياد، كلما ازداد اًالرتفاع. في هذه الطبقة، تمتص جزيئات

ميكرومتر. والطاقة0ْ.2األكسجين األشعة الشمسية، التي ًال يتجاوز طول موجاتها $ إلى انخفاض ]ين من األكسجين. ونظرا التي تمتصها، تكفي لفصل الجزيء إلى ذرت

كثافة الهواء، وقلة الجزيئات، فإن كمية قليلة من الطاقة، كافية لرفع درجة الحرارة$ $. ولذلك، تتفاوت درجات الحرارة في هذه الطبقة، من يوم إلى آخر، تبعا $ كبيرا رفعا

أنه في حالة النشاط(شكل تغير درجة الحرارة)للنشاط الشمسي. ًالحظ في مئوية.70ْ0ْL كيلومتر، 30ْ0ْالشمسي المعتدل، تبلغ درجة حرارة الهواء، على ارتفاع

170ْ0ْLوتبلغ درجة الحرارة، على اًالرتفاع نفسه، في أيام ازدياد النشاط الشمسي، $ إلى الهبوط الشديد في كثافة الهواء، وقلة جزيئاته، التي تصدم مئوية. ولكن، نظرا

الجسم، فإن درجة الحرارة العالية، في هذه الطبقة، غير محسوسة.

، أو الغًالف الخارجي. ويبدأExosphereما فوق الثيرموسفير، يطلق عليه إكسوسفير كيلومتر من سطح األرض. وقد تسمح الطاقة العالية لذرات الهواء50ْ0ْعلى ارتفاع

وجزيئاته، لها باًالنطًالق من قيود الجاذبية األرضية، في هذا النطاق، إلى الفضاء.

$، تقسيم الغًالف الغازي لألرض بالنظر إلى التغير في درجة حرارته، يمكن إذاالمصاحب لتغير اًالرتفاع، إلى خمس طبقات رئيسية، هي، من األسفل إلى األعلى:

أ- التروبوسفير

ب- الستراتوسفير

ج- الميزوسفير

د- الثيرموسفير

هـ- األكسوسفير

 

مليبار: وحدة ضغط جوي تستخدم في الميتورولوجيا، وتساوي جزء من ألف من [ 1 ]$، وعند مستوى سطح البحر، وعند درجة45Lبار. والبار وحدة الضغط الجوي عند شماًال

في السنتيمتر المربع. لذا فالمليبارDynesحرارة صفر مئوية. ويساوي قوة مليون داين فيNewtons نيوتن 10ْ0ْ داين في السنتيمتر المربع، وهو يعادل 10ْ0ْ0ْيساوي قوة المتر المربع.

 

التوزيع األفقي لدرجات الحرارة، على سطح األرض

إن التفاوت في درجات الحرارة على سطح األرض، ناتج من تفاوت كمية اإلشعاع الشمسي، الواصلة إليه، وارتفاعه عن سطح البحر. تزداد كمية اإلشعاع الشمسي، كلما كانت زاوية سقوط األشعة أقرب إلى العمودية. وهذا مرتبط باختًالف مطالع

$. يكون أقصى هذه المطالع $ وجنوبا ين، شماًال الشمس، وتنقل هذه المطالع بين المدار]$(، عند23.5نحو الشمال، عندما تتعامد الشمس على مدار السرطان ) درجة شماًال

يونيه، حين يبدأ فصل الصيف، في نصف الكرة األرضية22اًالنقًالب الصيفي، في الشمالي. وتعود مطالع الشمس، بعد ذلك اليوم، إلى التزحزح نحو الجنوب، فتتعامد

سبتمبر، حين يبدأ فصل الخريف.21على خط اًالستواء، في اًالعتدال الخريفي، في $، إلى أن تصل إلى أقصى ابتعاد لها في هذا وتستمر مطالع الشمس في التزحزح، جنوبا

$ ببدء21اًالتجاه، بتعامدها على مدار الجدي، في اًالنقًالب الشتوي، في ديسمبر؛ إيذانا فصل الشتاء، في نصف الكرة األرضية الشمالي، وفصل الصيف في نصفها الجنوبي. تعود بعدها مطالع الشمس للتزحزح، ناحية الشمال، فتتعامد على خط اًالستواء، مرة

$، حتى تتعامد21أخرى، في اًالعتدال الربيعي، في مارس. وتستمر في تزحزحها شماًال انظر شكل انخفاض كثافة)على مدار السرطان، مرة أخرى، بعد عام كامل

.(الهواء

ين، تستقبل أكبر قدر من يوضح العرض السابق، أن المنطقة المحصورة بين المدار]$ ]ين، شماًال الطاقة الشمسية، خًالل العام؛ ويتناقص هذا المقدار، باًالتجاه نحو القطب

$. وتنقل الرياح والتيارات المائية، الفائض من الطاقة، من المناطق المدارية إلى وجنوبا النواحي القطبية. لذا، فدرجات الحرارة على سطح األرض، تكون مرتفعة، في

المناطق المدارية بعامة؛ منخفضة في تلك القطبية.

تتباين تضاريس سطح األرض، في قدرتها على امتصاص اإلشعاع الشمسي؛ بل إن$ عن تباين اليابس والماء. فالصخور المكونة صخور اليابس، تتباين في ذلك؛ فضًال

للقارات، وهي مركبات معدنية ـ هي أسرع من مياه المحيطات، في امتصاص الحرارة وافتقادها؛ لسعتها الحرارية المنخفضة، مقارنة بالسعة الحرارية العالية للماء. لذا،

فالمسطحات المائية، من بحار ومحيطات، هي أدفأ، في الشتاء، من اليابس المجاور$. ويوضح هذه الحقيقة انظر شكل درجات الحرارة في)لها، وأبرد منه، صيفا

، اللذان يمثًالن خريطة العالم، متضمنة(شكل درجات الحرارة في يوليه، وينايري يناير ويوليه. في الشكل األول متوسط [ 1 ]بعض خطوط الحرارة المتساوية ، في شهر]

درجات الحرارة على سطح األرض، في شهر يناير. وقد وقع عليه خطkا الحرارة مئوية، في نصف الكرة األرضية الشمالي والجنوبي.25L مئوية، و15Lالمتساويان

مئوية، في النصف الشمالي، منحرف إلى األعلى، فوق15Lويًالحظ أن خط الحرارة المحيطات؛ وذلك ناتج من برودة فصل الشتاء، على اليابس، في النصف الشمالي؛

بينما ًال تنخفض درجة حرارة مياه المحيطات، بالقدر نفسه. أما في نصف الكرة مئوية25Lاألرضية الجنوبي، فإن شهر يناير من أشهر الصيف؛ إذ ينحرف خط الحرارة

نحو القطب الجنوبي، على اليابس؛ وذلك ألن المياه المحيطية أبرد من اليابس المجاور لها. كما يًالحظ، في النصف الجنوبي، قلة تعرج خطوط الحرارة المتساوية، وذلك

لسيادة المسطحات المائية، وقلة اليابس.

مئوية، يمتد، على شكل حلقة متصلة، من وسط أمريكا الجنوبية،25Lوخط الحرارة $ الجزر عبر األطلسي، نحو وسط أفريقيا، والجزء الجنوبي من المحيط الهندي؛ شامًال

األندونيسية، وشمال أستراليا. ويًالحظ انحناؤه نحو الشمال، عند مروره فوق مياه المحيط األطلسي الجنوبي، جنوب خط اًالستواء؛ ثم انحناؤه الشديد، مرة أخرى، نحو

الجنوب، عند مروره فوق األراضي األفريقية؛ نتيجة ًالرتفاع درجات الحرارة فوق اليابس، في فصل الصيف، في نصف الكرة الجنوبي، مقارنة بالعروض المقابلة لها

على المحيط.

مئوية، بشدة،15L، يتعرج خط الحرارة (شكل درجات الحرارة في يوليه)في في نصف الكرة األرضية الشمالي؛ فهو ينحرف إلى الجنوب، بشدة، عند مروره فوق

المسطحات المائية؛ وينحرف إلى الشمال، عند مروره فوق اليابس؛ وذلك نتيجة]ي اليابس والماء. وعند مقارنته بمساره هو نفسه، في شكل)للتباين بين درجة حرارت

يًالحظ فارقان رئيسيان:(درجات الحرارة في يناير

ـ أولهما: تزحزحه نحو الجنوب بشكل عام، في الصيف.

ـ ثانيهما: انعكاس تعرجاته. ففي حين كان ينحني نحو الشمال، فوق المسطحاتالمائية، في شهر يناير، أصبح ينحني فوقها نحو الجنوب، في شهر يوليه.

إن التوزيع المكاني لدرجات الحرارة، على سطح األرض؛ على الرغم من النمط$، باًالتجاه من المنطقة المدارية نحو العام، الذي يشير إلى انخفاض الحرارة عموما

]ين ـ هو نتاج تفاعل عدد من العوامل المتداخلة، التي تؤثر في ذلك النمط العام، القطب$؛ ]ين، العالمي والمحلي. ويبدو األمر، على المستوى المحلي، أكثر تعقيدا على المستوي إذ تتداخل عوامل محلية عدة، إلى جانب العوامل المذكورة أعًاله، مثل: اًالرتفاع عن

سطح البحر، والقرب أو البعد من المسطحات المائية، واتجاه الرياح السائدة.

 

خطوط الحرارة المتساوية: هي خطوط ترسم على الخريطة، توصل بين [ 1 ]المحطات المناخية التي تتساوى فيها متوسطات درجات الحرارة في وقت معين.