مجرة - Majarah
طريقك الى العالم

طرق انتقال الحرارة

ما هي الحرارة؟

كل المواد تتكون من جزيئات وذرات، تكون هذه الذرات دائمًا في أنواع مختلفة من الحركة ( الدورانية، الاهتزازية)، تولد حركة الذرات والجزيئات حرارة أو طاقة حرارية، كل مادة لديها هذه الطاقة الحرارية، كلما زادت حركة الذرات أو الجزيئات كلما زادت الحرارة أو الطاقة الحرارية.

 

الروابط الهيدروجينية أضعف بكثير من الروابط التساهمية، ومع ذلك، عندما يعمل عدد كبير من الروابط الهيدروجينية في انسجام تام، فإنها ستحدث تأثيرًا مساهمًا قويًا، هذا هو الحال في الماء، يحتوي الماء السائل على هيكل منظم جزئيًا حيث تتشكل وتتفكك روابط الهيدروجين باستمرار، بسبب النطاق الزمني القصير (بترتيب بضع بيكو ثانية) بعض السندات

 

ما هي درجة الحرارة؟

يمكن ملاحظة أن الذرات والجزيئات بعضها يتحرك أسرع من البعض الآخر، درجة الحرارة هي متوسط ​​قيمة الطاقة لجميع الذرات والجزيئات في نظام معين، درجة الحرارة مستقلة عن كمية المادة الموجودة في النظام، إنه ببساطة متوسط ​​الطاقة في النظام.

 

كيف يتم نقل الحرارة؟

يمكن أن تنتقل الحرارة من مكان إلى آخر بثلاث طرق: التوصيل والحمل والإشعاع. 

 

التوصيل

التوصيل هو نقل الحرارة من خلال مادة ثابتة عن طريق الاتصال الجسدي، (المادة ثابتة على مقياس مجهري - نعلم أن هناك حركة حرارية للذرات والجزيئات عند أي درجة حرارة فوق الصفر المطلق.) الحرارة المنقولة من موقد كهربائي إلى قاع الإناء هي مثال على التوصيل، بعض المواد توصل الطاقة الحرارية أسرع من غيرها، على سبيل المثال، قد تكون درجة حرارة الوسادة في غرفتك هي نفس درجة حرارة مقبض الباب المعدني، لكن مقبض الباب يبدو أكثر برودة عند لمسه، بشكل عام، الموصلات الجيدة للكهرباء (المعادن مثل النحاس والألمنيوم والذهب والفضة) هي أيضًا موصلات جيدة للحرارة، في حين أن عوازل الكهرباء (الخشب والبلاستيك والمطاط) هي موصلات ضعيفة للحرارة.

 

الوصف المجهري للتوصيل

على نطاق مجهري، يحدث التوصيل عندما تتفاعل الذرات والجزيئات التي تتحرك بسرعة أو تهتز مع الجسيمات المجاورة، مما يؤدي إلى نقل بعض طاقتها الحركية، التوصيل هو أهم وسيلة لانتقال الحرارة داخل مادة صلبة أو بين أجسام صلبة في حالة تلامس حراري، يكون التوصيل أكبر في المواد الصلبة لأن شبكة العلاقات المكانية الثابتة الوثيقة نسبيًا بين الذرات تساعد على نقل الطاقة بينها عن طريق الاهتزاز.

 

السوائل والغازات أقل موصلة من المواد الصلبة، هذا بسبب المسافة الكبيرة بين الذرات في السائل أو (خاصة) الغاز: عدد أقل من الاصطدامات بين الذرات يعني توصيل أقل، الطاقة الحركية (المتوسطة) للجزيء في الجسم الساخن أعلى منها في الجسم الأكثر برودة، في حالة اصطدام جزيئين، يحدث انتقال للطاقة من الجزيء الساخن إلى الجزيء البارد، ينتج عن التأثير التراكمي لجميع الاصطدامات تدفق صافي للحرارة من الجسم الساخن إلى الجسم الأكثر برودة.

 

 وبالتالي، يعتمد تدفق الحرارة على اختلاف درجة الحرارة، لذلك، ستصاب بحروق شديدة من الماء المغلي أكثر من حروق ماء الصنبور الساخن، على العكس من ذلك، إذا كانت درجات الحرارة هي نفسها، فإن معدل نقل الحرارة الصافي ينخفض ​​إلى الصفر، ويتم تحقيق التوازن، نظرًا لحقيقة أن عدد الاصطدامات يزداد مع زيادة المساحة، فإن التوصيل الحراري يعتمد على منطقة المقطع العرضي، إذا لمست جدارًا باردًا براحة يدك، فإن يدك تبرد أسرع مما لو لمسته بإصبعك.

 

العوامل التي تؤثر على معدل انتقال الحرارة من خلال التوصيل

بالإضافة إلى درجة الحرارة ومنطقة المقطع العرضي، هناك عامل آخر يؤثر على التوصيل وهو سماكة المادة التي تنتقل الحرارة من خلالها، يتم نقل الحرارة من الجانب الأيسر إلى الجانب الأيمن من خلال سلسلة من الاصطدامات الجزيئية، كلما زادت سماكة المادة، زاد الوقت المستغرق لنقل نفس كمية الحرارة، إذا أصبت بالبرد أثناء الليل، يمكنك جلب بطانية سميكة للتدفئة.

 

الحمل

الحمل الحراري هو الحركة الجماعية المنسقة لمجموعات الجزيئات داخل السوائل (مثل السوائل والغازات)، لا يمكن أن يحدث الحمل الحراري للكتلة في المواد الصلبة، حيث لا يمكن أن يحدث تدفق التيار السائب ولا الانتشار الكبير في المواد الصلبة، بدلاً من ذلك، يُطلق على انتشار الحرارة في المواد الصلبة اسم التوصيل الحراري.

 

الحمل الحراري مدفوع بتدفق المادة على نطاق واسع.مثال على الحمل الحراري هو محرك السيارة الذي يتم الاحتفاظ به باردًا عن طريق تدفق الماء في نظام التبريد، حيث تحافظ مضخة الماء على تدفق الماء البارد إلى المكابس.

 

في حين أن الحمل الحراري عادة ما يكون أكثر تعقيدًا من التوصيل، يمكننا وصف الحمل وإجراء بعض الحسابات المباشرة والواقعية لتأثيراته، تحرك الحمل الطبيعي بواسطة قوى الطفو: يرتفع الهواء الساخن لأن الكثافة تقل كلما زادت درجة الحرارة، هذا المبدأ ينطبق بالتساوي مع أي سائل، على سبيل المثال، يتم الاحتفاظ بوعاء الماء الموجود على الموقد بهذه الطريقة؛ تنقل تيارات المحيطات والدوران الجوي على نطاق واسع الطاقة من جزء من الكرة الأرضية إلى جزء آخر.

 

الإشعاع

يمكنك أن تشعر بنقل الحرارة من النار أو الشمس، ومع ذلك، فإن الفضاء بين الأرض والشمس فارغ إلى حد كبير، دون أي احتمال لانتقال الحرارة عن طريق الحمل الحراري أو التوصيل. وبالمثل، يمكنك معرفة أن الفرن ساخن دون لمسه أو النظر إلى الداخل - فهو يدفئك أثناء المشي.

 

في هذه الأمثلة، تنتقل الحرارة بالإشعاع، يصدر الجسم الساخن موجات كهرومغناطيسية تمتصها بشرتنا، ولا يتطلب انتشارها أي وسيط، نستخدم أسماء مختلفة للموجات الكهرومغناطيسية ذات الأطوال الموجية المختلفة: موجات الراديو، الموجات الدقيقة، الأشعة تحت الحمراء، الضوء المرئي، الأشعة فوق البنفسجية، الأشعة السينية، وأشعة جاما.

 

انتقال الحرارة

جميع الأجسام تمتص وتصدر الإشعاع الكهرومغناطيسي، يتم تحديد معدل انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع إلى حد كبير من خلال لون الجسم، الأسود هو الأكثر فاعلية والأبيض هو الأقل، يتجنب الأشخاص الذين يعيشون في الأجواء الحارة ارتداء الملابس السوداء، على سبيل المثال، سيكون الإسفلت الأسود في ساحة انتظار السيارات أكثر سخونة من الرصيف الرمادي المجاور في يوم صيفي، لأن الأسود يمتص بشكل أفضل من الرمادي، والعكس صحيح أيضًا - يشع الأسود أفضل من اللون الرمادي، وهكذا، في ليلة صيفية صافية، سيكون الأسفلت أبرد من الرصيف الرمادي لأن الأسود يشع الطاقة بسرعة أكبر من اللون الرمادي.

 

المبرد المثالي، الذي يُطلق عليه غالبًا الجسم الأسود، هو نفس لون جهاز الامتصاص المثالي، ويلتقط كل الإشعاع الذي يسقط عليه، في المقابل، يعتبر اللون الأبيض ماصًا ضعيفًا وأيضًا جهاز تدفئة ضعيف، يعكس الجسم الأبيض كل الإشعاع، مثل المرآة، (السطح الأبيض اللامع المثالي يشبه المرآة في المظهر، والمرآة المكسورة تبدو بيضاء.)

 

لما لا تترك تعليق