طرق انتقال الحرارة : الإشعاع والتوصيل والنقل الحراري

ما هو انتقال الحرارة

طرق انتقال الحرارة المعروفة هي التوصيل والنقل والإشعاع، لكن ما هو انتقال الحرارة ؟

يطلق عليه النقل الحراري أو نقل الحرارة إلى الظاهرة الفيزيائية التي تتكون من انتقال الطاقة الحرارية من وسط إلى آخر.

يحدث هذا عندما يتلامس نظامان في درجات حرارة مختلفة، مما يسمح بتدفق الطاقة من نقطة أعلى درجة حرارة إلى أدنى حد، حتى الوصول إلى التوازن الحراري، حيث تتساوى درجات الحرارة.

لا يمكن إيقاف عملية نقل الحرارة على الرغم من إمكانية إبطائها (يمكن إبطائها) باستخدام القضبان والعوازل، ولكن طالما أن هناك اختلافًا في الحرارة في الكون، فإن الحرارة تميل إلى الانتقال عبر الوسائط المتاحة، بناءاً على ذلك، قد يحدث النقل المذكور في ثلاثة أوضاع وهي إحدى الطرق التالية: التوصيل والنقل الحراري والإشعاع.

في مقال اليوم سنتحدث عن شرح طرق انتقال الحرارة وفوائد انتقال الحرارة وعن مبدأ قياس كمية الحرارة.

إقرأ أيضا : وسائل التبريد القديمة قبل إختراع الثلاجة

طرق انتقال الحرارة

بالتالي فإن الطرق الكفيلة لانتقال الحرارة ال 3 هي كالتالي :

طرق انتقال الحرارة بالتوصيل

• التوصيل: التوصيل هو نقل الحرارة من خلال التلامس المباشر (الأجسام المتلامسة) بين جزيئات مادة ما مع تلك الموجودة في مادة أخرى، دون نقل المادة بين الأجسام، يحدث في جميع حالات التجمع : صلبة أو سائلة أو غازية، على الرغم من أن النقل الحراري مفضل عادة في الحالتين الأخيرتين.

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 لعملية نقل الحرارة في موقد كهربائي، حيث 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 الطعام الذي نطبخه.

يحدث هذا أيضًا عن طريق الصدفة، عندما نلمس المقلاة الساخنة بيدنا : ستنتقل الحرارة إلى جلدنا عند ملامستها مما يسبب لنا حروقًا.

انتقال الحرارة بالحمل

• النقل الحراري: النقل الحراري أو الحمل الحراري مشابه للتوصيل، إلا أنه يحدث في الحالات التي يستقبل فيها السائل الحرارة ويتحرك لنقلها داخل الفضاء الذي يوجد فيه، الحمل الحراري هو نقل الحرارة من خلال حركة السوائل، سواء كانت غازية أو سائلة.

يحدث النقل المذكور في الشروط التي وضعها 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 بالتوصيل من الحاوية إلى السائل على تسخين الأجزاء التي تتلامس معها بشكل مباشر، والتي سترتفع وتجبر الأجزاء الباردة الأخرى من السائل على أن تحل محلها، وبالتالي تسخين الماء بشكل موحد.

طرق انتقال الحرارة بالإشعاع

• الإشعاع الحراري: أخر طرق انتقال الحرارة هو عبر الإشعاع، وهو النوع الوحيد الذي يمكن أن يحدث في حالة عدم الاتصال، وبالتالي أيضًا في وسط مادي أي في الفراغ.

هذا يرجع إلى حقيقة أن أصله هو الحركة الحرارية للجسيمات المشحونة للمادة، والتي تؤدي إلى انبعاث الجسيمات الكهرومغناطيسية، أي الإشعاع الحراري، وتعتمد شدته على درجة حرارته وطول موجة الإشعاع.

بشكل عام، تنبعث الأجسام في هذه الحالة من الأشعة فوق البنفسجية، ولكن من درجات حرارة معينة يمكنها إصدار إشعاع في الطيف المرئي، أي الضوء، يمكن تحديد مقدار الحرارة المشعة بهذه الطريقة من خلال قانون ستيفان بولتزمان.

نلاحظ كل يوم أفضل مثال للإشعاع الحراري : الشمس، على الرغم من أنها تبعد 149.6 مليون كيلومتر عن كوكبنا، إلا أن درجة حرارة الشمس مرتفعة للغاية لدرجة أنها تشع كميات هائلة من الضوء والحرارة في الفضاء.

يصل كلا الشيئين إلى سطح الأرض ويبقيه دافئًا ومضيئًا، مع أطوال موجية تتراوح من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء، ومن الواضح أنها تمر عبر الطيف المرئي بأكمله.

إقرأ أيضا : أسرار التحنيط عند الفراعنة : المعدن السحري الذي يمنع اللحوم من التعفن

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 وبجهد يطلق عليهم عوازل حرارية (التوصيل والنقل الحراري) أو الحواجز (الإشعاع).

من الأمثلة الواضحة على المواد العازلة تلك التي تتكون منها الترمس ( إناء عازل يحفظ ما يحويه من السوائل بدرجة حرارته مدةً من الزمن، ساخنًا كان أو باردًا، لساعات طويلة) والتي تسمح بالاحتفاظ بسائل ساخن أو بارد لفترة أطول من الوقت، عن طريق إبطاء تبادل الحرارة مع البيئة.

إقرأ أيضا: شلالات الدم في أنتاركتيكا : نافذة على عالم غامض تحت الجليد

وحدات قياس الحرارة

مبدأ قياس كمية الحرارة

وفقًا للنظام الدولي للقياسات، يتم التعبير عن موصلية الجسم بالجول (J)، وكذلك للعمل والطاقة، ومع ذلك، هناك وحدات أخرى شائعة الاستخدام لقياس انتقال الحرارة :

سعر حراري (Kcal): تُعرّف السعرات الحرارية بأنها كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء بدرجة واحدة مئوية، إنه مقياس يستخدم غالبًا في التغذية لقياس الطاقة الكيميائية الموجودة في الطعام، كيلو كالوري واحد يساوي 1000 سعرة حرارية.

BTU: (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.

إقرأ أيضا : تقنية الإستنساخ الجيني: هل سيتم استنساخ البشر مستقبلا

شرح طرق انتقال الحرارة

يمكن تلخيص طرق انتقال الحرارة كالتالي :

هل ستكون قادرًا على تحديد الأشكال الثلاثة لانتقال الحرارة؟ حاول تحديد الفرق بين التوصيل والنقل الحراري والإشعاع في الصورة.

طرق نقل حرارة في الصورة :

• التوصيل: الحرارة التي تنتقل عبر الملعقة المعدنية.
• النقل الحراري : تدفق القهوة في الكوب.
• الإشعاع: الصورة نفسها، كونها صورة حرارية تم التقاطها بكاميرا حرارية، فهي تلتقط الحرارة المنبعثة من الإشعاع من الأجسام.

قد يهمك: قصة اكتشاف النار : شرارة البداية لأحد أهم الاكتشافات في التاريخ