تعريف معامل التوصيل الحراري نتحدث عنها من خلال مقالنا هذا كما نذكر لكم مجموعة متنوعة أخرى من الفقرات المميزة مثل مفهوم التوصيل الحراري والتوصيل الحراري للهواء ما هو والختام طرق انتقال الحرارة.
محتويات المقال
تعريف معامل التوصيل الحراري
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.
مفهوم التوصيل الحراري
– التوصيل الحراري من مادة هو مقياس لقدرته على سلوك الحرارة . يتم الإشارة إليه بشكل عام بواسطةكو \ لامدا ، أو \ كابا ويحدث انتقال الحرارة بمعدل أقل في المواد ذات التوصيل الحراري المنخفض مقارنة بالمواد ذات الموصلية الحرارية العالية. على سبيل المثال ، تتمتع المعادن عادةً بموصلية حرارية عالية وتكون فعالة جدًا في توصيل الحرارة ، بينما العكس هو الصحيح بالنسبة للمواد العازلة مثل الستايروفوم . في المقابل ، تُستخدم المواد ذات الموصلية الحرارية العالية على نطاق واسع في تطبيقات المشتت الحراري ، وتستخدم المواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة كعزل حراري . يسمى مقلوب الموصلية الحرارية المقاومة الحرارية .
-المعادلة المحددة للتوصيل الحراري هي {\ displaystyle \ mathbf {q} = -k \ nabla T}، أين \ mathbf {ف} هو تدفق الحرارة ،ك هي الموصلية الحرارية ، و {\ displaystyle \ nabla T}هو تدرج درجة الحرارة . يُعرف هذا باسم قانون فورييه للتوصيل الحراري. على الرغم من أنه يتم التعبير عنها بشكل شائع على أنها عددية ، فإن الشكل الأكثر عمومية للتوصيل الحراري هو موتر من المرتبة الثانية . ومع ذلك ، فإن وصف الشد يصبح ضروريًا فقط في المواد متباينة الخواص.
التوصيل الحراري للهواء ما هو
-إذا تحدثنا عن التوصيل الحراري في الهواء ، يجب أن نلاحظ حقيقة انتقال الجزيئات الجزيئية في الفضاء ، أي أن هناك حركة جزيئية والجسيمات. يمكن أن يحدث التبادل مع أجسام متجانسة ومختلفة في التكوين. يمكن أن يحدث نقل الحرارة هذا في ثلاث حالات: الغاز ، السائل ، البلورة (الحالة الصلبة).
-توجد الموصلية الحرارية للهواء لكي تتساوى درجة الحرارة بين الأجسام عن طريق الارتداد واستقبال الجسيمات الساخنة. لهذا ، حسابها الدقيق ضروري. يتم حساب تحديد الموصلية الحرارية وفقًا لقانون فورييه وفقًا لصيغة خاصة. يتم استخدامه في تشييد المباني أو الهياكل أو أي مباني تقع فيها مكاتب أو يمكن استخدامها كمكان للعيش.
-تساعد الموصلية الحرارية للهواء البنائين على اختيار المواد المناسبة لكل مبنى ، اعتمادًا على الغرض من تشغيل المبنى. بالنسبة للغرف التي سيتم تكييفها مع مكان الإقامة ، يختارون المواد التي تحتفظ بالحرارة ولا تسمح بتدفق الهواء البارد.
-أفضل أنواع الطاقة الدافئة هي أنواع مختلفة من الغازات. أسوأ الموصلات هي جميع المعادن الشائعة ، لأن تسخينها وبدء تحريك الجسيمات ، تحتاج إلى درجة حرارة عالية ، والتي لا يمكن تحقيقها في الظروف العادية. يمكن ملاحظة تبادل الجسيمات بين الجثث عندما نقوم بالطهي على موقد أو على نار.
-من خلال فتح الغاز في الموقد ، قمنا بإشعاله في النار ، وبالتالي بدء توليد الحرارة الموجهة إلى الأطباق ، وبعد ذلك تبدأ جزيئات المواد التي تُصنع منها الأطباق ، في إعطاء حرارتها للمادة داخل الأطباق ، وتسخن. تشرح طريقة نقل الطاقة هذه الموصلية الحرارية للهواء.
-الموصلية الحرارية تعتمد بشكل كبير على بنية المادة. كلما زادت مسامته ، كلما قلت الموصلية. هناك مصطلح مثل تغيير في الموصلية الحرارية. يشير إلى المواد التي يمكن أن تنتقل من حالة إلى أخرى ، على سبيل المثال ، الجليد والماء.
-حاليا ، يتم قياس الموصلية الحرارية للمادة باستخدام أدوات خاصة تسمح لنا بالتحقيق في الموصلية الحرارية مع سطح ساخن للمادة المقاسة من 30 إلى 750 درجة.
-في معظم الأحيان ، تتكون هذه الأجهزة من عنصر تسخين كهربائي ، عدادات حرارية منخفضة القصور الذاتي ، حيث توجد المزدوجات الحرارية ، ويقع الهيكل نفسه في غلاف معدني ، مملوء بمواد عازلة للحرارة. يتم تصنيع عنصر التسخين ، وعدادات الحرارة والثلاجة على شكل قرص.
-بمعرفة التوصيل الحراري للهواء ، يمكنك تجهيز منزلك أو شقتك بحيث يكون دافئًا فيها ، ويمكنك أيضًا تقديم المشورة لأقاربك حول المواد التي يحتاجون إليها ، على سبيل المثال ، لتنجيد الحائط في منزل خاص ، بحيث تكون مريحة ودافئة وهادئة.
طرق انتقال الحرارة
هناك ثلاث طرائق لانتقال الحرارة من جسم إلى آخر أو في الجسم نفسه، هي:
1-الحمل
يتم انتقال الحرارة في طريقة الحمل نتيجة اختلاف الكتلة الحجمية للمائع من منطقة إلى أخرى بسبب اختلاف درجة الحرارة، إذ إن ازدياد درجة الحرارة يرافقه نقصان في الكتلة الحجمية لمعظم الموائع (السوائل والغازات)؛ فإذا زُوِّد المائع بالحرارة من الأسفل ارتفع المائع الأقل كثافة وحل محله الأكبر كثافة وحدثت تيارات الحمل ناقلة الطاقة الحرارية. ويوصف الحمل حينئذ بأنه طبيعي، ومثال ذلك جريان الرياح في جو الأرض وجريان الماء في جهاز تدفئة مائية في المباني، وتيارات المحيطات التي يتعدل مجراها بحركة الأرض وبتضاريسها. وإذا استعملت مروحة أو مضخة لتوليد تيارات الحمل والمحافظة عليها كما هي الحال في التدفئة المركزية عادة قيل حينئذ إن انتقال الحرارة يتم بالحمل القسري.
2-التوصيل
يتم انتقال الحرارة في طريقة التوصيل من أكثر الجزيئات طاقة إلى أقلها طاقةً؛ ففي الأجسام الصلبة الرديئة التوصيل الكهربائي (العوازل) يتم انتقال الحرارة بفضل قوى المرونة التي تربط بين الذرات التي تهتز حول أوضاع توازنها، فالأمر هنا يقتصر على انتقال الطاقة الاهتزازية عبر الشبكة البلورية للجسم الصلب بشكل كمات quanta تسمى فونونات phonons أما في الموائع (السوائل والغازات) فيتم انتقال الحرارة بفضل اصطدام أكثر الجزيئات طاقة حركية بأقلها طاقة. وفي الأجسام الصلبة الجيدة التوصيل الكهربائي (المعادن) يتم انتقال الحرارة بفضل عاملين هما: قوى المرونة التي أشير إليها في حالة الأجسام الرديئة التوصيل الكهربائي. والإلكترونات الحرة، وهي إلكترونات حرة الحركة في المعادن وتسلك سلوك الجزيئات في الغازات وتنتشر خلال المعدن من المنطقة الأكثر حرارة إلى أقلها حرارة ناقلة الطاقة باصطدامها في المنطقة الباردة بعضها ببعض وبإيونات شوارد الشبكة البلورية.
3-الإشعاع
يختلف انتقال الحرارة بالإشعاع عن الطريقتين السابقتين بأنه يتم في الخلاء بين أجسام بعيد جداً بعضها عن بعض من دون حاجة إلى وسط ناقل وبسرعة هي سرعة الضوء (إشعاع الشمس مثلاً)، كما يختلف عنهما في أن الإشعاع يخترق بعض الأجسام المادية من دون أن تمتصه كلّه (اختراق الإشعاع الشمسي للجو الأرضي مثلاً). كذلك فإن انتقال الحرارة بالإشعاع يختلف عن طريقتي التوصيل والحمل السابقتين من حيث آليته mechanism، فكل جسم، مهما تكن درجة حرارته، يصدر إشعاعاً كهرمغنطيسياً معقداً بفضل الطاقة الحرارية لجزيئاته، ويمكنه، في الوقت نفسه، إذا سقط عليه إشعاع حراري من أجسام أخرى، أن يمتص قسماً من طاقة هذا الإشعاع فتزداد طاقته الحرارية، أما ما لم يمتصه الجسم فينعكس عنه إذا كان غير شفاف أو ينفذ منه إذا كان شفافاً.
