أضع دائرة حول رمز الإجابة الصحيحة : إذا تلامس جسمان مختلفان في درجتي حرارتهما فإن.
الإجابة الصحيحة هي : الحرارة تنتقل من الجسم الساخن الى الجسم البارد.
إذا تلامس جسمان مختلفان في درجتي حرارتهما فإن…
إن انتقال الحرارة بين الأجسام من الظواهر الفيزيائية الشائعة التي تحدث حولنا باستمرار. فعندما يتلامس جسمان مختلفان في درجتي حرارتهما، فإن الحرارة تتدفق تلقائيًا من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم الأبرد حتى يتساوى كلاهما في درجة الحرارة. وتسمى هذه العملية “توصيل الحرارة”. وفي هذه المقالة، سوف نستكشف بالتفصيل ما يحدث عندما يتلامس جسمان مختلفان في درجتي حرارتهما، ونناقش العوامل المختلفة التي تؤثر على انتقال الحرارة بينهما.
1. انتقال الحرارة بالتوصيل:
التوصيل هو الطريقة الأساسية لانتقال الحرارة بين الأجسام المتلامسة. وعندما يتلامس جسمان، تنتقل الطاقة الحرارية من الجزيئات الأكثر حركة في الجسم الأكثر سخونة إلى الجزيئات الأقل حركة في الجسم الأبرد. وتتكرر هذه العملية حتى يتساوى كلا الجسمين في درجة الحرارة. توجد ثلاثة عوامل رئيسية تؤثر على معدل انتقال الحرارة بالتوصيل:
المساحة السطحية: كلما زادت مساحة السطح المتلامسة بين الجسمين، زاد معدل انتقال الحرارة.
سماكة الجسم: كلما زادت سماكة الجسم، قلت سرعة انتقال الحرارة عبره.
الموصلية الحرارية: لكل مادة معامل توصيل حراري خاص بها يحدد قدرتها على توصيل الحرارة. وتحتوي المعادن مثل النحاس والألومنيوم على معاملات توصيل حراري عالية، بينما تتميز المواد العازلة مثل الخشب والبلاستيك بمعاملات توصيل حراري منخفضة.
2. العوامل التي تؤثر على انتقال الحرارة:
بالإضافة إلى العوامل المذكورة أعلاه، هناك عوامل أخرى تؤثر على انتقال الحرارة بين الأجسام المتلامسة:
الفرق في درجة الحرارة: كلما زاد الفرق في درجة الحرارة بين الجسمين، زاد معدل انتقال الحرارة.
الوسط المحيط: يمكن أن يؤثر الوسط المحيط على انتقال الحرارة. على سبيل المثال، يمكن أن تسرع السوائل مثل الماء عملية التوصيل، بينما تعمل الغازات مثل الهواء على إبطائها.
الحالة الفيزيائية للمادة: يمكن أن يتأثر انتقال الحرارة أيضًا بالحالة الفيزيائية للمادة. فالمواد الصلبة عادةً ما تكون موصلات حرارية أفضل من السوائل والغازات.
3. التطبيقات العملية لتوصيل الحرارة:
توجد لتوصيل الحرارة العديد من التطبيقات العملية، منها:
التدفئة والتبريد: تستخدم أنظمة التدفئة والتبريد توصيل الحرارة لنقل الحرارة من الأماكن الباردة إلى الأماكن الدافئة والعكس صحيح.
المبادلات الحرارية: تستخدم المبادلات الحرارية لتبادل الحرارة بين سائلين منفصلين دون اختلاطهما.
تصميم المواد: يتم أخذ التوصيل الحراري في الاعتبار عند تصميم مواد جديدة، مثل المواد العازلة المستخدمة في المباني والعوازل المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية.
4. انتقال الحرارة بالإشعاع:
بالإضافة إلى التوصيل، يمكن أن تنتقل الحرارة أيضًا بالإشعاع. يحدث الإشعاع عندما يصدر جسم الطاقة الحرارية على شكل موجات كهرومغناطيسية. ويمكن لهذه الموجات أن تنتقل عبر الفراغ، مما يسمح للجسمين بإشعاع الحرارة حتى لو لم يتلامسا.
جميع الأجسام تشع الحرارة: يشع جميع الأجسام الحرارة، حتى تلك التي تبدو باردة. فكلما ارتفعت درجة حرارة الجسم، زاد معدل إشعاعه للحرارة.
الإشعاعية: لكل مادة معامل إشعاعية يحدد مقدار الحرارة التي تشعها. وتتميز الأجسام ذات الإشعاعية العالية، مثل الأجسام الداكنة، بإشعاع حرارة أكثر من الأجسام ذات الإشعاعية المنخفضة، مثل الأجسام العاكسة.
الاستيعاب والإصدار: عندما تسقط موجات الأشعة الحرارية على سطح جسم، يمكن أن تمتص أو تنعكس. تُعرف قابلية الجسم على امتصاص الأشعة الحرارية باسم الامتصاصية، بينما تُعرف قابلية الجسم على إصدار الأشعة الحرارية باسم الإصدارية.
5. انتقال الحرارة بالحمل:
الحمل هو طريقة أخرى لانتقال الحرارة تحدث في السوائل والغازات. يحدث الحمل عندما ترتفع جزيئات السائل أو الغاز الأكثر سخونة إلى الأعلى بسبب انخفاض كثافتها، بينما تغوص جزيئات السائل أو الغاز الأبرد والأكثر كثافة إلى الأسفل.
الحمل الطبيعي: يحدث الحمل الطبيعي عندما تحدث فروق في درجة الحرارة داخل السائل أو الغاز.
الحمل القسري: يحدث الحمل القسري عندما يتم تحريك السائل أو الغاز بواسطة مضخة أو مروحة.
التطبيقات العملية: يستخدم الحمل في العديد من التطبيقات، مثل التدفئة والتبريد وتدوير السوائل.
6. العوامل التي تؤثر على انتقال الحرارة بالحمل:
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على انتقال الحرارة بالحمل، منها:
معامل التوصيل الحراري: كلما زاد معامل التوصيل الحراري للسائل أو الغاز، زادت قدرته على نقل الحرارة بالحمل.
اللزوجة: اللزوجة هي مقاومة السائل أو الغاز للتدفق. فالسوائل والغازات عالية اللزوجة تنقل الحرارة بالحمل بشكل أبطأ.
شكل السطح: يمكن أن يؤثر شكل السطح على معدل انتقال الحرارة بالحمل. فعلى سبيل المثال، تنقل الأسطح المضلعة الحرارة بالحمل بشكل أفضل من الأسطح الملساء.
7. التطبيقات العملية لانتقال الحرارة بالحمل:
توجد لانتقال الحرارة بالحمل العديد من التطبيقات العملية، منها:
أنظمة التدفئة والتبريد: تستخدم أنظمة التدفئة والتبريد الحمل لنقل الحرارة في الأماكن المغلقة.
مبردات المحرك: تستخدم مبردات المحرك الحمل لتبديد الحرارة من المحرك.
الصناعات الكيميائية: تستخدم الصناعات الكيميائية الحمل لتسخين وتبريد المواد الكيميائية في المفاعلات.
عندما يتلامس جسمان مختلفان في درجتي حرارتهما، فإن الحرارة تتدفق تلقائيًا من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم الأبرد حتى يتساوى كلاهما في درجة الحرارة. وهذه العملية تسمى “توصيل الحرارة”. كما يمكن أن تنتقل الحرارة أيضًا بالإشعاع والحمل، اعتمادًا على طبيعة السطح ووسط الانتقال. تؤثر العديد من العوامل، مثل مساحة السطح وسماكة الجسم واختلاف درجة الحرارة، على معدل انتقال الحرارة. ولانتقال الحرارة تطبيقات عملية واسعة النطاق، مثل أنظمة التدفئة والتبريد وتصميم المواد.