معامل التوصيل الحراري K كذلك سنتحدث عن العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري وما هو معامل التوصيل الحراري للمواد أيضا سنذكر كذلكطرق انتقال الحركذل كل تلك الموضوعات تجدونها من خلال مقالنا هذا.
محتويات المقال
معامل التوصيل الحراري K
يصف معامل الانتقال او التوصيل الحراري كفاءة غاز أو سائل نقل طاقة عبر سطحه وبالتالي تصريف الطاقة من على سطحه . وهذا يعتمد على الحرارة النوعية وكثافة ومعامل التوصيل الحراري للوسط الذي تنتقل إليه الحرارة وكذلك للجسم العاطي للحرارة ويجري حساب معاملات انتقال الحرارة عن طريق تعيين فرق درجة الحرارة بين الجسمين المتلامسين ولا يعتبر معامل انتقال الحرارة خاصية نوعية لمادة مثل توصيل حراري ، وإنما يعتمد عل الوسط المحيط وسرعة سريانه v وكذلك يعتمد على نوع السريان فقد يكون رقائقيا أو دواميا ويعتمد بالإضافة إلى ذلك على شكلية السطح . تستخدم معاملات انتقال الحرارة في هندسة البناء كقيم ثوابت ، حيث يعمل الحائط العازل كمقاومة لنفاذ الحرارة من الداخل إلى الخارج أو بالعكس.
العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري
يعتمد معامل التوصيل الحراري للمادة على عدة عوامل:
1-المزيد من الحرارة
في بعض الجداول، وحتى معامل المحسوبة من التوصيل الحراري للمادة في ثلاث ولايات يشار إلى: الجافة والمتوسطة (العادية) والرطب.
عند اختيار مادة لعزل المباني، من المهم أيضا أن تأخذ في الاعتبار الظروف التي سيتم تشغيلها.
2-كثافة المادة
عندما يتم زيادة هذه المعلمة، يصبح تفاعل الجسيمات المادية أقوى. وبالتالي، فإنها سوف تنقل درجة الحرارة بشكل أسرع. وهذا يعني أنه مع زيادة كثافة المواد، ويحسن نقل الحرارة.
3-المسامية للمادة
المواد المسامية غير متجانسة في هيكلها. داخل منهم هو كمية كبيرة من الهواء. وهذا يعني أنه سيكون من الصعب على الجزيئات والجسيمات الأخرى لنقل الطاقة الحرارية. وبناء على ذلك، يرتفع معامل التوصيل الحراري.
الرطوبة تؤثر أيضا على التوصيل الحراري. الأسطح الرطبة من المواد.
معامل التوصيل الحراري للمواد
1-التوصيل الحراري هو عملية نقل الطاقة من الجزء الأكثر سخونة من الجسم إلى الجزء الأكثر برودة.
2-وبذلك تعكس القيمة العددية لعملية التوصيل الحراري للمادة.
3-فهذه الفكرة مهمة جدا في تشييد وترميم المباني..
4-تسمح المواد المختارة بشكل صحيح بإنشاء مناخ محلي لطيف في الفضاء مع الحفاظ أيضًا على قدر كبير من الطاقة.
5-فالموصلية الحرارية هي عملية تبادل الطاقة الحرارية التي تحدث عندما تصطدم أصغر جزيئات الجسم.
6-وستستمر هذه العملية حتى تصل درجة الحرارة إلى حالة توازن.
7-لذلك يستغرق وقتًا معينًا للقيام بذلك، فكلما انخفض مؤشر التوصيل الحراري، زاد الوقت الذي يقضيه في التبادل الحراري.
8-وبذلك يتم استخدام معامل التوصيل الحراري للمادة للتعبير عن هذا المؤشر بالنسبة للجزء الأكبر.
طرق انتقال الحرارة
1-انتقال الحرارة بالتوصيل
يتم نقل الحرارة بالتوصيل بين جسمين متلامسين، أو بين أجزاء من الجسم نفسه، والتي تكون درجات حرارتها مختلفة. في هذه الحالة، وفي منطقة التلامس بين الجسمين، تنقل جزيئات الجسم ذات درجة الحرارة الأعلى جزء من طاقتها الحركية لجزيئات الجسم ذات درجة الحرارة الأقل. يحدث ذلك عن طريق التصادم بين الجسيمات. والنتيجة هي ارتفاع درجة حرارة الجسم الأكثر برودة وانخفاض درجة حرارة الجسم الأكثر حرارة.
يمكن فهم هذه الألية من خلال تسخين أحد طرفي قضيب معدني، يؤدي ذلك إلى انتقال الحرارة داخل القضيب عن طريق تصادم جزيئات المعدن، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الطرف الآخر تدريجيًا أيضًا.
التوصيل هو الطريقة الوحيدة لانتقال الحرارة في لأجسام الصلبة (بينما في السوائل، تنتقل الحرارة عن طريق التوصيل والحمل الحراري).
القدرة على نقل الحرارة عن طريق التوصيل، أي كمية الحرارة التي يتم نقلها بهذه الطريقة، تعتمد على طبيعة المادة، فهناك مواد جيدة نقل الحرارة، في حين أن المواد التي تكون قدرتها على نقل الحرارة منخفضة جدًا تسمى العوازل الحرارية.
بشكلٍ عام، تعد المعادن موصلات جيدة للحرارة، هذا يعود إلى بنيتها، حيث يكون جزء من الإلكترونات الموجودة في الذرات حرًا في التحرك عبر المعدن، وهذه الإلكترونات التي تساهم في التوصيل الكهربائي الجيد تكون مسؤولة أيضًا عن توصيل الحرارة.
الخشب والزجاج الهواء وبعض المواد البلاستيكية المسامية بشكل خاص (مثل البوليسترين) تعتبر عوازل حرارية وتستخدم في الواقع لعزل المنازل من أجل منع تسرب الحرارة إلى الخارج.
القائمة التالية تتضمن معامل التوصيل الحراري لبعض المواد:
-النحاس 380
-الألومنيوم 200
-الفضة 460
-الحديد 67
-الزجاج 0.6
-الخشب 0.2
-الماء 0.4
2-الهواء الجاف 0.025
من القائمة السابقة نستطيع أن نستنتج أن معدل انتقال الحرارة في بعض المعادن مثل الفضة والنحاس عالية جدًا، هذا السبب الذي جعل البشر في الماضي يستخدمون النحاس في صنع الأواني المخصصة للطبخ، كي تنتقل الحرارة بسرعة عبرها، لكن البشر اليوم استبدلوا أواني الطبخ النحاسية بأواني مصنوعة من معدن الألومنيوم، وهو معدن أخر لديه قدرة كبيرة على نقل الحرارة وأرخص من النحاس.
3-انتقال الحرارة بالإشعاع
في طرق انتقال الحرارة السابقة، (التوصيل والحمل الحراري)، يكون وجود المادة ضروريًا، ففي حالة التوصيل، يجب أن يكون جسمان على تماس مباشر، وفي حالة الحمل الحراري، يكون هناك انتقال للجزيئات ضمن سائل. لكن يمكن للحرارة أيضًا أن تنتشر في الفراغ، دون اتصال أو نقل للمادة.
الإشعاع هي طريقة انتقال الحرارة في الفراغ، وهيو الطريقة التي تستقبل بها الأرض الحرارة من الشمس. يمكن اعتبار الفضاء الموجود بين الكواكب فارغًا، وذلك لأن كثافة المادة فيه منخفضة جدًا. لكن الأرض تسخنها الشمس، فكيف يحصل ذلك؟
الأجسام الساخنة الموجودة في الفضاء مثل الشمس، التي تكون درجة حرارتها كبيرة جدًا، تبعث إشعاعات كهرومغناطيسية، تتكون من موجات تولدها المجالات الكهربائية والمغناطيسية، تنتشر هذه الموجات في الفضاء الفارغ المحط بسرعة الضوء (حوالي 300000 كم / ثانية). يحمل الإشعاع الكهرومغناطيسي الطاقة (الطاقة الكهرومغناطيسية)، وعند اصطدام الإشعاع بجسم ما، تنتقل إلى جزيئاته الطاقة، مما يتسبب في زيادة الطاقة الحركية لهذه الجزيئات. لذلك، يمكن القول إن الإشعاع هي طريقة انتقال الحرارة نتيجة امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي بجسيمات المادة
انتقال الحرارة بالحمل
الحمل الحراري هي عملية نقل الحرارة التي تتم في للسوائل. فالسوائل ذات معامل توصيل حراري منخفض جدًا، لذلك، تكون عملية التوصيل فيها بطيئة للغاية.
تنتقل الحرارة في السوائل عن طريق الحمل الحراري بالألية التالية:
عندما يتم تسخين السائل، يتحرك القسم الذي تم تسخينه داخل السائل حاملًا معه الطاقة الحرارية. وهكذا يتم إنشاء تيارات الحمل داخل السائل، بحيث يتم نقل جزيئات السائل الأكثر سخونة بتجاه أجزاء السائل الباردة، مما يؤدي إلى نقل الحرارة داخل كتلة السائل نفسه.
