معامل التوصيل الحراري للهواء

معامل التوصيل الحراري للهواء نتحدث عنها من خلال مقالنا هذا كما نذكر لكم مجموعة متنوعة أخرى من الفقرات المميزة مثل كيفية حساب الموصلية الحرارية وتاريخ التوصيل الحراري والختام مفهوم التوصيل الحراري.

معامل التوصيل الحراري للهواء

يعرف معامل التوصيل الحراري للهواء بأنه الوسط الذي من خلال تنتقل الطاقة الحرارية من الارتفاع في درجات الحرارة إلى الانخفاض فيها ويكون معامل التوصيل الحراري للهواء عبارة عن الحمل الحراري الذي يوصل الحرارة عن طريق الهواء الجوي فهذا هو معامل التوصيل الحراري ويكون معامل التوصيل الحراري على شكل غازات في الهواء الجوي أو على شكل سوائل من خلالها تنتقل الطاقة الحرارية ويتميز معامل التوصيل الحراري للهواء بكونه وسط مناسب وملائم لإتمام عملية التوصيل الحراري، فمن خلاله نتمكن من عملية حساب معامل التوصيل الحراري ويحدث إذن حساب معامل التوصيل الحراري في الحسابات ذات التقنية العالية، فيكون متوسط معامل الانتقال الحراري لشكلية بنائية معينة.

كيفية حساب الموصلية الحرارية

1-يتم تحديد الموصلية الحرارية للمواد من خلال معامل الموصلية الحرارية ، وهو مقياس للقدرة على نقل تدفق الحرارة. كلما انخفضت قيمة هذا المؤشر ، زادت خصائص العزل للمادة. في هذه الحالة ، تكون الموصلية الحرارية مستقلة عن الكثافة.
2-عدديا ، الموصلية الحرارية تساوي كمية الطاقة الحرارية التي تمر عبر قطعة من المواد بسماكة 1 متر و 1 متر مربع في ثانية واحدة. في هذه الحالة ، يتم أخذ فرق درجة الحرارة على الأسطح المقابلة بمقدار 1 كلفن. كمية الحرارة هي الطاقة التي تكتسبها المادة أو تفقدها أثناء نقل الحرارة.
3-صيغة الموصلية الحرارية هي كما يلي: Q = λ * (dT / dx) * S * dτ ، حيث: Q هي الموصلية الحرارية ؛ λ هو معامل التوصيل الحراري ؛ (dT / dx) هو تدرج درجة الحرارة ؛ S هي منطقة المقطع العرضي.
4-عند حساب التوصيل الحراري لهيكل المبنى ، يتم تقسيمه إلى مكونات ويلخص التوصيل الحراري لها. هذا يسمح لك بتحديد قياس قدرة هيكل المنزل (الجدران ، الأسطح ، النوافذ ، إلخ) على تمرير تدفق الحرارة. في الواقع ، الموصلية الحرارية لهيكل المبنى هي الموصلية الحرارية المركبة لمواده ، بما في ذلك فجوات الهواء وفيلم من الهواء الخارجي.
5-بناءً على قيمة التوصيل الحراري للهيكل ، يتم تحديد حجم فقدان الحرارة من خلاله. يتم الحصول على هذه القيمة عن طريق ضرب الموصلية الحرارية في الفترة الزمنية المقدرة ومساحة السطح الإجمالية وأيضًا بفارق درجة الحرارة بين السطوح الخارجية والداخلية للهيكل. على سبيل المثال ، بالنسبة لجدار بمساحة 10 أمتار مربعة مع موصلية حرارية تبلغ 0.67 عند فرق درجة حرارة 13 درجة ، فإن فقدان الحرارة في 5 ساعات سيكون 0.67 * 5 * 10 * 13 = 435.5 جول * م.
6-يتم تضمين معاملات التوصيل الحراري للمواد المختلفة في جدول الموصلية الحرارية ، على سبيل المثال ، للفراغ هو 0 ، وبالنسبة للفضة ، واحدة من أكثر المواد موصلة للحرارة ، 430 وات / (م * ك).
7-أثناء البناء ، إلى جانب التوصيل الحراري للمواد ، يجب أن تؤخذ في الاعتبار ظاهرة الحمل الحراري ، التي يتم ملاحظتها في المواد في حالة سائلة وغازية. هذا صحيح بشكل خاص عند تطوير نظام تسخين المياه والتهوية. للحد من فقدان الحرارة في هذه الحالات ، يتم تركيب أقسام عرضية من اللباد والصوف والمواد العازلة الأخرى.

تاريخ التوصيل الحراري

-حين يتماس جسمان مختلفان في درجة الحرارة يلاحظ أن الفرق بين درجتي الحرارة فيهما يتناقص مع مرور الزمن حتى ينعدم، فيقال إن الحرارة قد انتقلت من الجسم الأعلى حرارة إلى الجسم الأخفض حرارة. ويحدث مثل ذلك في الجسم الواحد إذا كان جزآن منه في درجتين من الحرارة مختلفتين فتنتقل الحرارة من الجزء الساخن إلى الجزء البارد.
-ويعود تعبير انتقال الحرارة heat transfer أصلاً إلى الاعتقاد الذي كان سائداً حتى أواخر القرن الثامن عشر بأن الحرارة مائع مرن غير مرئي عديم الكتلة يملأ ما بين جزيئات المادة ويمكنه أن يسيل ويجري من نقطة إلى أخرى في مجموعة من الأجسام، وهو ما كانت تنص عليه نظرية السَيّال الحراري caloric theory وكان هناك، في الوقت نفسه، نظرية تنافسها تعزو الحرارة إلى اهتزاز جزيئات المادة اهتزازاً سريعاً، إلا أن هذه النظرية لم تلْق الدعم الكافي ولكنها فاقت النظرية الأولى في منتصف القرن التاسع عشر ولاقت قبولاً حسناً.
-وكان قد أُجري في أواخر القرن الثامن عشر عددٌ كبير من التجارب للتحقق من طبيعة الحرارة وماهيتها، إلا أن هذه التجارب لم تؤد إلى نتائج مُرضية. وفي عام 1840 ابتدأ العالم جول Joule بإجراء تجارب لتوليد الحرارة من عمل ميكانيكي، وكان لهذه التجارب أهميتها الكبرى لتنوع الطرائق التي اتبعها جول لإثبات التكافؤ بين الحرارة والعمل الميكانيكي بدقة كبيرة تفوق ما كان ميسراً له من وسائل في تلك الأيام. وأثبت جول بتجاربه هذه أن الحرارة ليست إلا نوعاً من أنواع الطاقة هي طاقة حركة الجزيئات التي تتكون منها المادة.

مفهوم التوصيل الحراري

يُقصد بالتوصيل الحراري انتقال الحرارة عبر الأجسام الصلبة نتيجة اهتزاز وحركة الذرات والجزيئات في جسم ما؛ مما يؤدي إلى نقل جزء من طاقتها الحرارية إلى الذرات والجزيئات المجاورة لها ويمكن توضيح ذلك بما يحدث عند تسخين طرف قضيب معدني، فتكتسب الذرات المكونة له طاقة تُمكنها من الاهتزاز ونقل طاقتها للذرات القريبة منها، والتي بدورها تكتسب طاقة وتهتز وتنقل طاقتها للذرات المجاورة لها، وهكذا إلى أن يفقد الطرف الساخن جزءاً من حرارته، ويتلاشى الفرق في درجة حرارة أجزاء القضيب بمرور الوقت ويقترب من حالة التوازن الحراري (بالإنجليزية: thermal equilibrium) وتعتمد قدرة المواد على نقل الحرارة على درجة توصيلها للحرارة أو ما يُسمى الناقلية، أو الموصلية الحرارية (بالإنجليزية: Thermal conductivity)، فكلما ازدادت الناقلية الحرارية للمادة ازدادت كفاءتها في التوصيل الحراري، وتُعد المعادن من المواد ذات التوصيل الحراري العالي، ويتناسب التوصيل الحراري فيها طردياً مع التوصيل الكهربائي (مع وجود استثناءات)، فالألماس على سبيل المثال يتميز بموصلية حرارية عالية؛ لكن توصيله الكهربائي ضعيف، ومن الجدير بالذكر أن قِيَم الناقلية الحرارية للمواد تكون شديدة الأهمية في مجال إنشاء المباني المعزولة حرارياً، ويوضح الجدول الآتي الموصلية الحرارية لبعض المواد بوحدة واط/متر/كلفن.