تسجيل الدخول

تسجيل

قانون نيوتن للتبريد (القرن 18م)

المؤلف:  سائر بصمه جي

المصدر:  التبريد في التراث العلمي العربي

الجزء والصفحة:  ص56

2026-07-28

37

استطاع إسحاق نيوتن I. Newton (توفي 1727م) في عام 1701م، أن يقدر بعض درجات الحرارة العليا من درجة غليان الزئبق، وقد أنجز ذلك بواسطة القانون الذي وضعه وسُمي باسمه « » Newton’s Law of Cooling، والذي ينص على أن «الجسم الساخن يفقد الطاقة الحرارية إلى محيطه (الهواء) بمعدل زمني يتناسب طرديًّا (وخطيًّا) مع الفرق في درجة الحرارة بين الجسم ومحيطه.»

وقد سمح له هذا القانون باستنتاج درجات الحرارة الابتدائية من مقدار الوقت الذي تأخذه الأشياء الساخنة لتبرد حتى درجات حرارة أخفض معينة قابلة للقياس. قانون نيوتن للتبريد لا يمكن اختباره مباشرةً في المجال البيرومتري؛ لأن ذلك سيتطلب بيرومترًا مستقلًّا.

كما كان نيوتن قادرًا على تقدير درجة الحرارة العليا، مثل «الحرارة الحمراء أو درجة التوهج»، وذلك بمراقبة الأوقات التي تتطلبها الأجسام للتبريد إلى درجة حرارة يمكن قياسها على ميزان حرارته، مع أن مقترَحه من أجل مقياس معياري لموازين الحرارة لم يكن كافيًا جدًّا، إلا أن اكتشاف نيوتن لقانون التبريد في الأجسام الصلبة ومراقبته لثبات درجة الحرارة في الانصهار وإحداث الفقاعة في أثناء الغليان كان ذا أهمية رئيسة من أجل تطوير موازين الحرارة.

الخلط بين درجة الحرارة والحرارة كان حاضرًا في ذهن نيوتن، الذي شاطره إياه بويل، كدليل من موضوع مقتبس، الذي افترض فيه بأن درجة الحرارة يجب أن تكون كمية تتماثل مع الوزن والطول أو الوقت. بالفعل، إن الفشل بالتمييز بين هذين المفهومين كان يتم مواجهته كثيرًا حتى الفترة الثانية من القرن الثامن عشر حتى تمكن جوزيف بلاك أخيرًا من التفريق بين كمية الحرارة ودرجة الحرارة.

أعاد جوزيف فورييه J. Fourier (توفي 1830م) صياغة قانون نيوتن للتبريد وفق المعادلة التفاضلية الآتية:
 

حيث:

Q: هي الطاقة الحرارية، وتقاس بالجول.

h: هو معامل نقل الحرارة (المفترض مستقل عن T هنا) ، يقاس بوحدةW / (m2 K)  

A: هي مساحة سطح نقل الحرارة، تقاس بوحد.

T: هي درجة حرارة سطح الجسم الداخلية.

Tenv : هي درجة حرارة الوسط المحيط؛ أي درجة الحرارة المناسبة بعيدًا عن السطح.

 T (t): تعتمد على زمن التدرج الحراري بين الوسط والجسم.

لكن للقانون شروطًا يجب مراعاتها عند التطبيق، منها:

أن يكون الهواء حول الجسم انسيابيًّا في حالة إن كان مُتحركًا.
عدم تغير السعة الحرارية النوعية للجسم أثناء التبريد.
ألا يكون الفرق (د) بين الجسم ومحيطه كبيرًا.
لذلك قال فورييه بأن قانون نيوتن للتبريد لا يكفي دراسته بشكل مباشر. ويستذكر بأن تجارب نيوتن تشمل الأجسام في تيار الهواء ولا يميز بين توصيل الحرارة وإشعاعها. إيمان فورييه بأن ظواهر الحرارة المشعة هي من فرع منفصل من العلم هو الذي قاده للتأكيد بعدم قابلية تطبيق قانون نيوتن مباشرة.