طرق انتقال الحرارة بالتوصيل

الحرارة

يمكن تفسير دور الحرارة في طرق انتقال الحرارة بالتوصيل على أنها الانتقال التلقائي للطاقة الحرارية عبر المادة من منطقة ذات درجة حرارة مرتفعة إلى منطقة أخرى ذات درجة حرارة أقل من سابقتها سعياً وراء الوصول إلى تجانس حراري. ويحدث ذلك نتيجة اهتزاز وحركة الذرات والجزيئات في جسم ما؛ مما يؤدي إلى نقل جزء من طاقتها الحرارية إلى الذرات والجزيئات المجاورة لها. وغالباً ما تحدث طريقة التوصيل في الأجسام الصلبة.

طرق انتقال الحرارة بالتوصيل

طرق انتقال الحرارة بالتوصيل هي طرق تنتقل فيها الطاقة الحرارية عبر المادة من منطقة ذات درجة حرارة مرتفعة إلى منطقة ذات درجة حرارة أقل من سابقتها سعياً وراء الوصول إلى تجانس حراري. ويحدث ذلك نتيجة اهتزاز وحركة الذرات والجزيئات في جسم ما؛ مما يؤدي إلى نقل جزء من طاقتها الحرارية إلى الذرات والجزيئات المجاورة لها. وغالباً ما تحدث طريقة التوصيل في الأجسام الصلبة.

يمكن تلخيص طرق انتقال الحرارة بالتوصيل بالنقاط التالية:

• تنتقل الحرارة بالتوصيل عن طريق التقاء جسمين مختلفين، أو عن طريق اهتزاز وانتشار الذرات والجزيئات داخل المادة نفسها.
• تنتقل الحرارة من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد، بحيث يحدث تبادل للطاقة الحرارية بينهما بشكلٍ مباشر لحدوث الاتزان الحراري.
• تعد المعادن من أفضل مواد التوصيل الحراري، لأنها تحتوي على إلكترونات حُرّة تسهّل نقل الحرارة فيما بينها.
• تستخدم طريقة التوصيل في عديد من التطبيقات، مثل تسخين الماء في قدور معدنية، أو تبريد المشروبات في عبوات معدنية، أو استخدام المبرّدات والمكثّفات في أجهزة التبريد والتكييف.

طرق انتقال الحرارة الأخرى

طرق انتقال الحرارة الأخرى بشكل موجز في سياق طرق انتقال الحرارة بالتوصيل هي:

• الحمل: هي طريقة تنتقل فيها الطاقة الحرارية عن طريق حركة الموائع (السوائل والغازات) نتيجة فرق في كثافتها. وتعتمد على أن الموائع الأسخن أقل كثافة وترتفع إلى الأعلى، بينما الموائع الأبرد أكثر كثافة وتهبط إلى الأسفل، مما يؤدي إلى تكوين تيارات حمل صاعدة وهابطة. ومن الأمثلة على طريقة الحمل تسخين الماء في قدر، أو تبريد الهواء في ثلاجة، أو حركة الهواء في الغلاف الجوي.
• الإشعاع: هي طريقة لا تحتاج إلى وسط مادي لانتقال الحرارة، بل تنتقل عبر الموجات الكهرومغناطيسية التي تحمل طاقة حرارية من مصدرها إلى المحيط به. وتعتمد على أن كل جسم ينبعث منه طاقة حرارية على شكل موجات كهرومغناطيسية، وكلما كان جسم أسخن كانت الموجات التي ينبعث منه أقصر. ومن الأمثلة على طريقة الإشعاع انتقال حرارة الشمس إلى الأرض، أو انبعاث حرارة جسم ساخن في فضاء خالٍ من المادة.

مصادر الطاقة الحرارية

مصادر الطاقة الحرارية في سياق طرق انتقال الحرارة بالتوصيل بشكل موجز هي:

• الشمس: هي المصدر الرئيسي للطاقة الحرارية منذ بداية الكون، فالأشعة المنبعثة منها تمنح سطح الأرض الطاقة اللازمة لبقاء الكائنات على قيد الحياة وتمكنها من العيش. وتنتقل حرارة الشمس إلى الأرض عن طريق الإشعاع.
• التفاعلات النووية: كالاندماجات النووية الحاصلة في جسم الشمس، أو التفتتات النووية التي تستخدم في المفاعلات النووية. وتولد هذه التفاعلات طاقة حرارية كبيرة تنتقل عن طريق التوصيل أو الحمل أو الإشعاع.
• التفاعلات الكيميائية: كعملية الاحتراق التي تحدث عند اشتعال المادة بالهواء، أو عملية التفاعل بين مادتين مختلفتين. وتولد هذه التفاعلات طاقة حرارية تنتقل عن طريق التوصيل أو الحمل أو الإشعاع.
• الإشعاع الكهرومغناطيسي: كالطاقة الصادرة من الموجات المختلفة مثل الموجات الميكروية أو الموجات تحت الحمراء أو الموجات فوق البنفسجية. وتنتقل هذه الموجات عبر المادة أو خارجها عن طريق الإشعاع.
• الحركة بين الأجسام: كالاحتكاك بين جسمين مختلفين، أو التصادم بين جسم وآخر، أو التغير في شكل جسم مثل تضغطه أو تمدده. وتولد هذه الحركات طاقة حرارية تنتقل عن طريق التوصيل أو الحمل أو الإشعاع.