نفسر ما هو انتقال الحرارة وكيف يحدث عن طريق التوصيل والحمل الحراري والإشعاع. بالإضافة إلى العوازل والتدابير.
يتم دائمًا نقل الحرارة من أنظمة درجات الحرارة الأعلى إلى المنخفضة.ما هو انتقال الحرارة؟
يطلق عليه نقل الحرارة أو نقل الحرارة أو نقل الحرارة. الحرارة الىظاهرة فيزيائية والتي تتكون من نقل الطاقة الحرارية من وسط إلى آخر.
يحدث هذا عند اثنينأنظمة التي تختلفدرجات الحرارة على اتصال ، مما يسمح بتدفق الطاقة من نقطة أعلى درجة حرارة إلى أدنى نقطة ، حتى الوصول إلى أتوازن حراري، حيث يتم معادلة درجات الحرارة.
لا يمكن إيقاف عملية نقل الحرارة (لا يمكن إيقافها) على الرغم من إمكانية إبطائها (يمكن إبطائها) باستخدام القضبان والعوازل. ولكن طالما كان هناك اختلاف في الحرارة في كون، سوف تميل الحرارة إلى الانتقال عبر الوسائط المتاحة. اعتمادًا عليها ، قد يحدث النقل المذكور في ثلاثة أوضاع: التوصيل والحمل الحراري والإشعاع.
القيادة
غالبًا ما يستخدم التوصيل الحراري لطهي الطعام.يُطلق على التوصيل نقل الحرارة من خلال التلامس المباشر بين جزيئات مادة ما مع تلك الموجودة في مادة أخرى ، دون نقل المادة بين الأجسام. يحدث في كل شيء الدول التجميعية: صلب, سائل أو الغازي، على الرغم من أنه عادة ما يفضل الحمل الحراري في النوعين الأخيرين.
يتم تحديد كمية الحرارة التي يتم نقلها من خلال التوصيل بواسطة قانون فورييه ، والذي بموجبه يتناسب معدل انتقال الحرارة عبر الجسم مع تدرج درجة الحرارة الموجود فيه.
يظهر مثال بسيط في موقد كهربائي: يتم تسخين الموقد بتأثير المقاومة الكهربائية ويتم نقل هذه الحرارة عن طريق التوصيل إلى المقلاة التي نودعها عليها ، وبالتالي فإن المقلاة ستفعل الشيء نفسه مع غذاء ماذا سنطبخ.
يحدث هذا أيضًا ، عن طريق الصدفة ، عندما نلمس المقلاة الساخنة بيدنا: تنتقل الحرارة إلى جلدنا عند ملامستها ، مسببة حروقًا.
الحمل
الحمل الحراري مشابه للتوصيل ، إلا أنه يحدث في الحالات التي يستقبل فيها السائل الحرارة ويتحرك لنقلها داخل الفضاء الذي يوجد فيه. الحمل هو نقل الحرارة عن طريق حركة من السوائل سواء كانت غازية أو سائلة.
يحدث هذا النقل وفقًا للشروط المنصوص عليها في قانون التبريد لنيوتن ، والذي ينص على أن الجسم يفقد حرارته بمعدل يتناسب مع الاختلاف في درجة الحرارة بين الجسم ومحيطه.
مثال واضح على ذلك يحدث عندما نقوم بتسخين الماء في وعاء. ستعمل الحرارة المنقولة عن طريق التوصيل من الحاوية إلى السائل على تسخين الأجزاء التي تكون على اتصال مباشر معها ، والتي سترتفع وتجبر الأجزاء الباردة الأخرى من السائل على أن تحل محلها ، وبالتالي تسخين الحاوية بالتساوي. ماء.
إشعاع
النوع الأخير من نقل الحرارة هو أيضًا النوع الوحيد الذي يمكن أن يحدث في حالة عدم الاتصال ، وبالتالي ، أيضًا في وسط مادي ، أي في الفراغ.
هذا لأن أصله في الحركة الحرارية لـ حبيبات محملة بموضوع، مما يؤدي إلى انبعاث الجسيمات الكهرومغناطيسية ، أي الإشعاع الحراري ، وتعتمد شدته على درجة حرارته و الطول يعتبر شكل الموجة للإشعاع.
بشكل عام ، تنبعث الأجسام في هذه الحالة من الأشعة فوق البنفسجية ، ولكن من درجات حرارة معينة يمكن أن تنبعث منها إشعاعات في الطيف المرئي ، أي ، خفيفة. يمكن تحديد مقدار الحرارة المشعة بهذه الطريقة من خلال قانون ستيفان بولتزمان.
نلاحظ كل يوم أفضل مثال على الإشعاع الحراري: شمس. على الرغم من كونها 149.6 مليون كيلومتر من كوكبنا، فإن درجة حرارة الشمس مرتفعة للغاية لدرجة أنها تشع كميات هائلة من الضوء والحرارة في الفضاء.
كلا الأمرين يصل إلى سطح الأرض وتحافظ عليها دافئة ومضيئة ، بأطوال موجية تتراوح من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء ، ومن الواضح أنها تمر عبر الطيف المرئي بأكمله.
العوازل والحواجز الإشعاعية
كما قلنا ، لا يمكن منع انتقال الحرارة ، ولكن يمكن إبطائه ، من خلال استخدام مواد معينة ومحددة. وذلك لأن جميع المواد تنقل الحرارة بطريقة أو بأخرى ، ولكن ليس بنفس المعدل أو بنفس السهولة.
تسمى تلك التي تنقلها بسرعة وكفاءة الموصلات الحرارية. على العكس من ذلك ، فإن أولئك الذين يفعلون ذلك ببطء وشاقة ، يطلق عليهم عوازل حرارية (التوصيل والحمل الحراري) أو الحواجز (الإشعاع).
من الأمثلة الواضحة على المواد العازلة تلك التي تتكون منها الترمس ، والتي تسمح بالاحتفاظ بسائل ساخن أو بارد لفترة أطول من الوقت ، عن طريق إبطاء تبادل الحرارة مع بيئة.
وحدات قياس انتقال الحرارة
وفقا له النظام الدولي للقياسات، ال التوصيل من الجسم في الجول (ي) ، كما هو الحال بالنسبة ل مهنة و ال طاقة. ومع ذلك ، هناك وحدات أخرى شائعة الاستخدام لقياس انتقال الحرارة:
- كيلو كالوري. أ السعرات الحرارية يتم تعريفه على أنه مقدار الحرارة المطلوب للارتفاع في أ درجة مئوية درجة حرارة جرام من الماء. إنه مقياس يستخدم غالبًا في التغذية لقياس الطاقة الكيميائية الواردة في الطعام. كيلو كالوري واحد يساوي 1000 سعرة حرارية.
- BTU (من الإنجليزية الوحدة الحرارية البريطانية أو وحدة حرارية بريطانية). تعرف بأنها كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة رطل واحد من الماء بمقدار درجة فهرنهايت واحدة ، أي ما يعادل 252 سعرة حرارية. يستخدم هذا المقياس بشكل شائع في البلدان الناطقة باللغة الإنجليزية ، وخاصة المملكة المتحدة والولايات المتحدة.