التوصيل والحمل والإشعاع: 3 أنواع من انتقال الحرارة
التوصيل والحمل والإشعاع هي الأشكال الثلاثة لانتقال الحرارة. الحرارة هي الطاقة التي تنتقل من جسم أو جهاز إلى آخر.
يحدث انتقال الحرارة فقط عندما يكون هناك اختلاف في درجة الحرارة بين شيئين.
في التوصيل ، يحدث انتقال الحرارة عندما يتلامس جسم أو جسم مع آخر.
من ناحية أخرى ، ينتج الحمل الحراري عن طريق حركة الغازات أو السوائل عند درجات حرارة مختلفة.
من جانبه ، فإن الإشعاع هو نقل للحرارة دون أن تتلامس الأجسام. لذلك ، يحدث هذا من خلال انبعاث الطاقة من خلال الموجات الكهرومغناطيسية.
مثال يوضح هذا قد يكون وعاء من الماء المغلي: النار تسخن القدر (الإشعاع) ، يسخن معدن القدر الماء (التوصيل) ويرتفع الماء الساخن نتيجة للحرارة (الحمل الحراري).
| القيادة | الحمل | إشعاع | |
|---|---|---|---|
| تعريف | شكل انتقال الحرارة عن طريق الاتصال. | شكل انتقال الحرارة بحركة المادة. | شكل من أشكال انتقال الحرارة عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية. |
| اتجاه التحويل | من درجة حرارة عالية إلى منخفضة | ||
| آلية | حركة الذرات داخل الجسم | حركة الغازات والسوائل حسب اختلاف درجات الحرارة | انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء |
| أمثلة | مقبض قدر ألومنيوم على موقد مشتعل | أنظمة التدفئة المنزلية | حرارة الشمس |
ما هو التوصيل الحراري؟
التوصيل هو شكل من أشكال نقل الحرارة يحدث عندما يكون جسمان على اتصال أو عندما تنتقل الحرارة من جانب واحد من نفس الجسم إلى الجانب الآخر. على سبيل المثال ، إذا قمنا بتسخين أحد طرفي قضيب حديدي ، فسوف يسخن الطرف الآخر بعد فترة ، على الرغم من عدم ملامسته لمصدر الحرارة بشكل مباشر.
تعتمد آلية انتقال الحرارة بالتوصيل على حركة الذرات. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تتحرك الذرات بشكل أسرع وتدفع أيضًا الذرات المجاورة ، وتنقل الحرارة إليها.
تُعرف قدرة المواد على توصيل الحرارة بالتوصيل الحراري. على سبيل المثال ، يتمتع الهواء بموصلية منخفضة تمامًا مثل الخشب.
من ناحية أخرى ، تتمتع المعادن ، مثل الألمنيوم والحديد ، بموصلية حرارية عالية. هذه المواد فعالة جدًا في توصيل الحرارة ، حيث تحتوي على إلكترونات حرة تنقل الطاقة بشكل أسرع من المناطق الساخنة إلى المناطق الباردة في الجسم.
أمثلة على التوصيل الحراري
- مقلاة من الحديد الزهر على موقد مشتعل: تعمل حرارة الموقد على تسخين المقلاة التي توصل الحرارة إلى باقي المقلاة والمحتويات الموجودة بداخلها.
- الثلج المذاب في متناول اليد: إذا وضعنا ثلجًا في اليد ، فإنه يذوب بسبب توصيل حرارة الجسم.
- أقدام ساخنة في الرمال: في يوم حار على الشاطئ ، إذا مشينا عبر الرمال الساخنة حافي القدمين ، فبعد فترة نشعر أننا نحترق بتوصيل حرارة الرمال عند أقدامنا.
- فنجان القهوة الساخن: عن طريق سكب القهوة الساخنة (أو أي مشروب ساخن آخر) في فنجان ، بمرور الوقت سنشعر بالحرارة في أيدينا. هذا هو السبب في أن الأكواب لها مقبض حتى نتمكن من الإمساك بها دون حرق أنفسنا.
- كوي الملابس: المكواة المستخدمة لإزالة التجاعيد من الملابس تسخن وتوصل الحرارة عند ملامستها للملابس.
- الترمومتر: يستخدم هذا الجهاز لقياس درجة الحرارة لأنه يتلقى الحرارة أو ينقلها عن طريق توصيل الجسم أو المادة التي يتلامس معها.
- ملعقة معدنية على ملعقة خشبية: الملعقة الخشبية توصل الحرارة بشكل سيئ بينما الملعقة المعدنية تسخن بسرعة. لهذا يمكننا خلط الطعام بالملعقة الخشبية ، ولكن عندما نأكل الحساء نستخدم ملعقة معدنية.
ما هو الحمل الحراري؟
الحمل الحراري هو شكل من أشكال نقل الحرارة الذي ينتج عن حركة السوائل والغازات من المناطق الساخنة إلى المناطق الباردة. عندما يتم تسخين السائل ، يصبح أقل كثافة ، مما يؤدي إلى ارتفاعه.
بفضل عملية الحمل الحراري ، تتشكل السحب: يرتفع بخار الماء والهواء الساخن على سطح الأرض ثم يتكثف كغيوم في المرتفعات. هذا النوع من الحمل طبيعي أو حر ، دون تدخل قوى خارجية.
من ناحية أخرى ، يحدث الحمل القسري عندما يتم تطبيق قوة لتحريك السائل. هذا ما يحدث عندما نستخدم المراوح لتحريك الهواء الساخن في الغرفة ، أو عندما ننقل محتويات وعاء فوق الموقد.
أمثلة على الحمل الحراري
- أنظمة التدفئة المنزلية: يسخن الهواء الملامس لنظام التدفئة ، ثم يرتفع ويزيل الهواء البارد ، مما يتسبب في حدوث تيارات.
- الحرارة الداخلية للأرض: لب الأرض حار ومائل ، وهذا هو سبب إنتاج التيارات الحرارية التي تسبب الزلازل والانفجارات البركانية.
- السائل في صهاريج التخزين- في أنابيب السخان الشمسي ، يسخن السائل ويصبح أقل كثافة ، وينقل الحرارة إلى السوائل الباردة.
- فرن حراري: الهواء الساخن داخل الفرن يدور بفضل المروحة ، مما يجعل الطعام يخبز بالتساوي.
- غلي الماء في وعاء: عندما نضع الماء في إناء على موقد مشتعل ، يرتفع الماء الساخن في القاع ، مما يؤدي إلى حركة الماء البارد من السطح.
- مجفف شعر: يدخل الهواء البارد إلى المجفف ، ويتم تسخينه بالمرور من خلال مقاومة وينفخ الهواء الساخن عبر الفوهة.
- تيارات المحيط: مياه المحيطات تبقى في حركة مستمرة بالحمل الحراري ، والماء الدافئ في المناطق المدارية يتحرك نحو القطبين.
- بالونات الهواء الساخن أو بالونات الهواء الساخن: عن طريق تسخين الهواء ، تصبح أقل كثافة ، وتحبس داخل نسيج البالون ، مما يؤدي إلى طفوها. لهذا السبب ، للنزول ، تفتح نافذة تسمح للهواء الساخن بالخروج.
ما هو الإشعاع الحراري؟
الإشعاع هو انتقال الحرارة دون ملامسة الأشياء. يحدث هذا من خلال الموجات الكهرومغناطيسية ، مثل الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء التي تنتقل عبر الفضاء. لحدوث إشعاع حراري ، لا يلزم وجود مادة.
تبعث الأجسام الحرارة عن طريق الإشعاع ، لكنها تمتص الحرارة أيضًا ، اعتمادًا على اختلاف درجة الحرارة. في الواقع ، الأجسام التي تمتص الأفضل هي أيضًا بواعث جيدة. على سبيل المثال ، يمتص السطح الأسود الإشعاع بشكل أفضل ، ولكنه يصدر أيضًا أكثر من السطح الأبيض.
وبالتالي ، يعتمد الانبعاث على درجة حرارة الجسم ، فكلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد انبعاث الحرارة.
يعتمد تشغيل الترمس على تركيز الإشعاع الحراري بالداخل. يتم بناء الترمس بجدار مزدوج من الزجاج بدون هواء بينهما ، لتجنب فقدان الحرارة عن طريق التوصيل أو الحمل الحراري. يعكس الجدار الداخلي الفضي الإشعاع دون امتصاصه ، لذلك يبقى المشروب ساخنًا لفترة أطول.
أمثلة على الإشعاع الحراري
- حرارة الشمس: الأرض تتلقى حرارة من الشمس عن طريق الإشعاع.
- الرمال الساخنة على الشاطئ: في يوم صيفي ، يسخن الإشعاع الشمسي الرمال.
- جمرات نار: عندما نقترب من النار أو الموقد ، فإن الفحم المشتعل يصدر حرارة إشعاعية.
- فرن شمسي: اصطدمت أشعة الشمس بسطح يسخن الهواء.
- حرارة الأشعة تحت الحمراء: يقيس إشعاع الجسم في نطاق الأشعة تحت الحمراء ويمثلها كدرجة حرارة.
- الكاميرات الحرارية: كاميرات التصوير الحراري تسجل حرارة الأجسام المنبعثة من الإشعاع.
- أسرة الدباغة: أسرّة التسمير تعتمد على انبعاث الأشعة فوق البنفسجية التي تعزز اسمرار الجلد. استخدامه محدود بسبب الاستعداد لتلف الجلد.
قد تكون مهتمًا أيضًا بمعرفة:
- الفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة.
- أنواع الطاقة
