طرق الانتقال الحراري: التوصيل، الحمل، والإشعاع

بحث حول طرق الانتقال الحراري: التوصيل، الحمل، والإشعاع.

سنتعرف اليوم على طرق الانتقال الحراري فعند وضع قطعة من الخشب وقطعة من الحديد فوق النار لمدة دقيقة واحدة، ستلاحظ أن حرارة الحديد قد ارتفعت بشكل كبير مقارنة بالخشب، وبالتالي يصعب مسكه باليد. وهذا يدل على أن الحرارة تنتقل بسهولة خلال المعادن.

تنقسم المواد إلى مواد جيدة في توصيل الحرارة ومواد ضعيفة في توصيلها. وعمومًا، تتميز المعادن بكونها مواد جيدة في توصيل الحرارة.

مثال على ذلك هو الألمنيوم والحديد والنحاس، والتي يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات التي تتطلب نقل حرارة بسرعة وفعالية، مثل أنابيب المياه الساخنة والأدوات الكهربائية.

يجب ملاحظة أن الأفضلية في توصيل الحرارة تعتمد على الخصائص الفيزيائية للمادة، فمثلاً فإن الذهب والنحاس والحديد هي مواد جيدة في توصيل الحرارة والكهرباء، ويتم استخدامها في العديد من التطبيقات التي تتطلب هذه الخصائص.

يعدّ انتقال الحرارة من الظواهر الفيزيائيّة الأساسية التي يتم دراستها في الهندسة الحراريّة، وتنطوي على عمليّة تحويل الطّاقة الحراريّة من مصدر إلى آخر. وتنتقل الحرارة من خلال ثلاثة طُرُقٍ رئيسيّة، وهي التوصيل والحمل والاشعاع الإشعاعي. هنا سنركّز على طريقة التوصيل.

التوصيل الحراري

تُعدّ طريقة التوصيل أحد أشكال انتقال الحرارة، حيث تنتقل الحرارة مباشرة من جسيمٍ إلى آخر بالاتصال بين الجسيمات. وتتميّز هذه الطريقة بأنها فعّالة بشكلٍ كبيرٍ في المواد الصلبة، لأنّ الجزيئات في المواد الصلبة تتواجد بكثافةٍ عاليةٍ وتتميّز بترتيبٍ جيد، ممّا يُسهّل انتقال الحرارة بينها.

ويمكن لطريقة التوصيل أن تحدث أيضاً في السوائل، ولكن بشكلٍ أقلّ فعاليّة. وتتمثّل أمثلةٌ عمليّةٌ لطريقة التوصيل في تسخين الملعقة عند وضعها في وعاء يحتوي على حساء ساخن، حيث تنتقل الحرارة من الحساء إلى الملعقة مباشرةً، وفي تسخين العبوات البلاستيكية في المايكروويف، حيث تنتقل الحرارة مباشرةً من المايكروويف إلى العبوة.

وتُستخدم طريقة التوصيل في العديد من التطبيقات الهندسيّة، مثل صناعة المعدات الكهربائيّة والإلكترونيّة، وصناعة السيارات، وتصميم المنازل والمباني.

الحمل الحراري:

بحسب مفهوم الحمل الحراري، فإنه يشير إلى طريقة انتقال الطاقة الداخلية بين الأجسام من خلال الحركة الفيزيائية للمائع المحيط بالجسم. وعلى الرغم من أنه يتم بدايةً عن طريق التوصيل بين الجسم والسائل، فإن الكمية الأكبر لانتقال الطاقة تحدث نتيجةً لحركة المائع. ويمكن أن يحدث الحمل الحراري تلقائيًا أو طبيعيًا، أو بشكلٍ حرٍ عن طريق تكوين خلايا الحمل، أو يتم إنشاؤها عن طريق دفع المائع عبر الجسم، أو عن طريق دفع الجسم عبر المائع.

وباستخدام الحمل الحراري، يمكن نقل الحرارة بفعالية بين الأجسام وتوزيعها بشكل متجانس، حيث يعد الهواء والماء السائل والغاز من أهم الموائع التي يمكن استخدامها في هذه العملية. كما أن طريقة الحمل الحراري تستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية، مثل تبريد المحركات والمعدات الصناعية وتسخين المواد في عمليات التصنيع.

ولكن على الرغم من فاعلية طريقة الحمل الحراري، فإنها تتأثر بالعوامل الخارجية مثل درجة الحرارة والضغط والتيار الهوائي، وهذا يجعلها تحتاج إلى التحكم الدقيق والمراقبة للحفاظ على كفاءتها. وبما أن الحمل الحراري يتوقف على حركة المائع، فإن زيادة سرعة الحركة ستزيد من كفاءة الحمل الحراري وزيادة نقل الحرارة، في حين أن تقليل سرعة الحركة سيقلل من فعالية الحمل الحراري.

الإشعاع الحراري:

بالإشعاع هو من أكثر طرق الانتقال الحراري غرابة اذ تنتقل عبر رابط بين مصدر الحرارة والجسم الذي تنتقل إليه، وهو ما يميّزه عن طرق الحمل والتوصيل التي تحتاج إلى وجود مادة لنقل الحرارة. في حالة الإشعاع، يتم نقل الحرارة عبر الفراغ عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية التي تنتقل بسرعة الضوء. وعلى سبيل المثال، يمكن للحرارة أن تنتقل من الشمس إلى الإنسان دون الحاجة إلى لمسها مباشرة.

الإشعاع هو شكل من أشكال الطاقة المنتقلة ويتكون من الموجات الكهرومغناطيسية التي تنتقل بسرعة الضوء. وعلى عكس عمليات الحمل والتوصيل، لا يحتاج الإشعاع إلى تبادل بين الكتل أو وسط بين الأجسام. وهذا يعني أن الإشعاع يمكن أن ينتقل عبر الفراغ بسهولة دون أي عوائق.

تستخدم الإشعاع بشكل واسع في العديد من التطبيقات الحيوية والتكنولوجية. فمثلاً، يستخدم الإشعاع الحراري في الأفران لنقل الحرارة إلى الأطعمة دون الحاجة إلى وجود مادة لنقل الحرارة، كما يستخدم الإشعاع الكهرومغناطيسي في الاتصالات اللاسلكية وفي علاج الأمراض السرطانية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الإشعاع للكشف عن الأشياء والمواد التي تكون غير مرئية بالعين المجردة، مثل الأشعة السينية التي تستخدم في التصوير الطبي وفي الأمن والسلامة.

بشكل عام، يمثل الإشعاع طريقة مهمة وفعالة لنقل الحرارة.

استخدامات المواد الناقلة للحرارة:

تُعد المواد الناقلة للحرارة من أهم العناصر التي تستخدم في مختلف الصناعات، وهي تستخدم لنقل الحرارة بين الأجسام، وتحافظ على درجات الحرارة المناسبة لكل جزء في النظام. ففي كل مكان توجد عمليات نقل حرارة، فسواء كان ذلك في محطات التوليد الكهربائية، أو في الصناعات الكيميائية، أو حتى في الأجهزة الإلكترونية الشخصية، فإن المواد الناقلة للحرارة هي عنصر حيوي.

وتتنوع المواد الناقلة للحرارة بحسب الصناعة والتطبيق المستخدم، حيث يتم استخدام مختلف الأنواع لتلبية الاحتياجات المختلفة، ويتم تصميم المواد الناقلة لتتحمل درجات حرارة عالية وضغوط عالية وأيضًا لتكون مقاومة للتآكل والتآكل الكيميائي.

الملفات

File	Description	File size	Downloads
طرق الانتقال الحراري التوصيل الحمل والإشعاع		1 ميغابايت	2368