الطاقة الحرارية هي المصطلح الذي نستخدمه لوصف مستوى نشاط الجزيئات في الجسم. ترتبط الإثارة المتزايدة ، بطريقة أو بأخرى ، بزيادة درجة الحرارة ، بينما في الأجسام الباردة ، تتحرك الذرات ببطء أكبر.
يمكن العثور على أمثلة لنقل الحرارة في كل مكان - في الطبيعة والتكنولوجيا والحياة اليومية.
أمثلة على نقل الحرارة
أكبر مثال على انتقال الحرارة هو الشمس ، حيث تقوم بتدفئة كوكب الأرض وكل شيء فيه. في الحياة اليومية ، يمكنك أن تجد الكثير من الخيارات المماثلة ، فقط بمعنى أقل شمولية. إذن ، ما هي بعض الأمثلة على انتقال الحرارة في الحياة اليومية؟
وهنا بعض منهم:
- موقد غاز أو كهربائي ، على سبيل المثال ، مقلاة لقلي البيض.
- وقود السيارات مثل البنزين يوفر طاقة حرارية للمحرك.
- المحمصة المضمنة تحول قطعة الخبز إلى نخب. وهو مرتبط بالإشعاعالطاقة الحرارية للخبز المحمص والتي تسحب الرطوبة من الخبز وتجعله مقرمشاً.
- كوب ساخن من الكاكاو الساخن يدفئ اليدين.
- أي لهب ، من ألسنة اللهب إلى حرائق الغابات الهائلة.
- عند وضع الثلج في كوب من الماء ، فإن الطاقة الحرارية من الماء تذوبه ، أي الماء نفسه هو مصدر للطاقة.
- المبرد أو نظام التدفئة في منزلك يوفر الدفء خلال أشهر الشتاء الطويلة والباردة.
- الأفران التقليدية هي مصدر للحمل الحراري ، ونتيجة لذلك يتم تسخين الطعام الذي يوضع فيها وتبدأ عملية الطهي.
- يمكن ملاحظة أمثلة على انتقال الحرارة في جسمك ، مع أخذ قطعة من الثلج في يدك.
- الطاقة الحرارية موجودة حتى داخل القط ، والتي يمكن أن تسخن ركبتي المالك.
الحرارة هي الحركة
تدفقات الحرارة في حركة مستمرة. يمكن أن تسمى الطرق الرئيسية لانتقالها الاتفاقية والإشعاع والتوصيل. دعونا نلقي نظرة على هذه المفاهيم بمزيد من التفصيل.
ما هي الموصلية؟
ربما لاحظ الكثيرون أكثر من مرة أن الأحاسيس الناتجة عن لمس الأرض في نفس الغرفة يمكن أن تكون مختلفة تمامًا. المشي على السجادة لطيف ودافئ ، ولكن إذا دخلت الحمام حافي القدمين ، فإن البرودة الملحوظة تعطي شعورًا بالبهجة على الفور. ليس حيث يوجد تدفئة تحت الأرضية.
فلماذا يتجمد السطح المبلط؟ كل هذا بسببتوصيل حراري. إنه واحد من ثلاثة أنواع من نقل الحرارة. عندما يتلامس جسمان من درجات حرارة مختلفة مع بعضهما البعض ، سوف تمر الطاقة الحرارية بينهما. تتضمن أمثلة انتقال الحرارة في هذه الحالة ما يلي: التمسك بلوحة معدنية ، يتم وضع طرفها الآخر فوق شعلة الشمعة ، بمرور الوقت ، يمكن أن تشعر بالحرق والألم ، وفي اللحظة التي تلمس فيها المكواة مقبض قدر به ماء مغلي ممكن تحترق
عوامل التوصيل
الموصلية الجيدة أو السيئة تعتمد على عدة عوامل:
- نوع وجودة المواد التي تصنع منها الأشياء
- مساحة سطح جسمين على اتصال
- اختلاف درجة الحرارة بين كائنين.
- سمك وحجم العناصر
في شكل معادلة ، يبدو كالتالي: معدل نقل الحرارة إلى جسم ما يساوي التوصيل الحراري للمادة التي يتكون منها الجسم ، مضروباً في مساحة السطح عند نقطة التلامس ، وضرب في فرق درجة الحرارة بين الجسمين ، ومقسومة على سمك المادة. الأمر بسيط.
أمثلة على الموصلية
النقل المباشر للحرارة من جسم إلى آخر يسمى التوصيل ، والمواد التي تنقل الحرارة بشكل جيد تسمى الموصلات. بعض المواد والمواد لا تتعامل بشكل جيد مع هذه المهمة ، وتسمى العوازل. وتشمل هذه الخشب والبلاستيك والألياف الزجاجية وحتى الهواء. كما تعلم ، فإن العوازل لا توقف التدفق فعليًا.الحرارة ، ولكن ببساطة أبطئها بدرجة أو بأخرى.
الحمل الحراري
هذا النوع من نقل الحرارة ، مثل الحمل الحراري ، يحدث في جميع السوائل والغازات. يمكنك أن تجد مثل هذه الأمثلة على انتقال الحرارة في الطبيعة وفي الحياة اليومية. عندما يسخن السائل ، تكتسب الجزيئات الموجودة في القاع طاقة وتتحرك بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى انخفاض الكثافة. تبدأ جزيئات السائل الدافئ في التحرك لأعلى بينما يبدأ المبرد (السائل الأكثر كثافة) في الغرق. بعد أن تصل الجزيئات الباردة إلى القاع ، تتلقى مرة أخرى حصتها من الطاقة وتميل مرة أخرى إلى القمة. تستمر الدورة طالما يوجد مصدر حرارة في الأسفل.
يمكن إعطاء أمثلة على انتقال الحرارة في الطبيعة على النحو التالي: بمساعدة موقد مجهز خصيصًا ، والهواء الدافئ ، وملء مساحة البالون ، يمكن أن يرفع الهيكل بأكمله إلى ارتفاع عالٍ بما فيه الكفاية ، الشيء هو أن الهواء الدافئ أخف من الهواء البارد
إشعاع
عندما تجلس أمام نار تدفئ بالدفء المنبعث منها. يحدث الشيء نفسه إذا أحضرت راحة يدك إلى المصباح الكهربائي المشتعل دون لمسه. سوف تشعر أيضًا بالدفء. أكبر الأمثلة على انتقال الحرارة في الحياة اليومية والطبيعة تقودها الطاقة الشمسية. تمر حرارة الشمس كل يوم عبر 146 مليون كيلومتر من الفضاء الفارغ وصولاً إلى الأرض نفسها. إنها القوة الدافعة وراء جميع أشكال وأنظمة الحياة الموجودة على كوكبنا اليوم. بدون طريقة الإرسال هذه ، سنكون في ورطة كبيرة ، ولن يكون العالم كما نحن.نحن نعرفه
الإشعاع هو انتقال الحرارة باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية ، سواء كانت موجات الراديو أو الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة السينية أو حتى الضوء المرئي. تنبعث جميع الأشياء وتمتص الطاقة المشعة ، بما في ذلك الشخص نفسه ، ولكن لا تتعامل كل الأشياء والمواد مع هذه المهمة بنفس القدر. يمكن اعتبار أمثلة على انتقال الحرارة في الحياة اليومية باستخدام هوائي تقليدي. كقاعدة عامة ، ما يشع جيدًا هو أيضًا جيد في الامتصاص. أما الأرض فتستقبل الطاقة من الشمس ثم تعيدها إلى الفضاء. تسمى هذه الطاقة الإشعاعية بالإشعاع الأرضي وهي التي تجعل الحياة على الكوكب ممكنة.
أمثلة على انتقال الحرارة في الطبيعة ، الحياة اليومية ، التكنولوجيا
يعتبر نقل الطاقة ، ولا سيما الحرارية ، مجال دراسة أساسي لجميع المهندسين. يجعل الإشعاع الأرض صالحة للسكن ويوفر طاقة شمسية متجددة. الحمل الحراري هو أساس الميكانيكا ، وهو مسؤول عن تدفق الهواء في المباني وتبادل الهواء في المنازل. تسمح لك الموصلية بتسخين وعاء بمجرد إشعال النار فيه.
العديد من الأمثلة على نقل الحرارة في التكنولوجيا والطبيعة واضحة وتوجد في جميع أنحاء عالمنا. يلعب كل منهم تقريبًا دورًا مهمًا ، خاصة في مجال الهندسة الميكانيكية. على سبيل المثال ، عند تصميم نظام تهوية لمبنى ما ، يحسب المهندسون انتقال الحرارة من المبنى المحيط به ، وكذلك نقل الحرارة الداخلي. بالإضافة إلى ذلك ، يختارون المواد التي تقلل أو تزيد من نقل الحرارة.من خلال المكونات الفردية لتحسين الكفاءة.
التبخر
عندما تتعرض ذرات أو جزيئات سائل (مثل الماء) لحجم كبير من الغاز ، فإنها تميل إلى الدخول تلقائيًا في حالة غازية أو تتبخر. وذلك لأن الجزيئات تتحرك باستمرار في اتجاهات مختلفة بسرعات عشوائية وتتصادم مع بعضها البعض. خلال هذه العمليات ، يتلقى بعضها طاقة حركية كافية لصد نفسها من مصدر الحرارة.
ومع ذلك ، ليس كل الجزيئات لديها الوقت لتبخر وتصبح بخار الماء. كل شيء يعتمد على درجة الحرارة. لذلك ، يتبخر الماء في الكوب بشكل أبطأ من تبخره في المقلاة المسخنة على الموقد. يؤدي غليان الماء إلى زيادة طاقة الجزيئات بشكل كبير ، مما يؤدي بدوره إلى تسريع عملية التبخر.
مفاهيم أساسية
- الموصلية هي انتقال الحرارة من خلال مادة عن طريق التلامس المباشر للذرات أو الجزيئات.
- الحمل الحراري هو انتقال الحرارة من خلال دوران غاز (مثل الهواء) أو سائل (مثل الماء).
- الإشعاع هو الفرق بين كمية الحرارة الممتصة والمنعكسة. تعتمد هذه القدرة بشكل كبير على اللون ، فالأجسام السوداء تمتص حرارة أكثر من الأجسام الخفيفة.
- التبخر هو العملية التي تكتسب من خلالها الذرات أو الجزيئات في حالة سائلة طاقة كافية لتصبح غازًا أو بخارًا.
- غازات الاحتباس الحراري هي غازات تحبس حرارة الشمس في الغلاف الجوي للأرض ، وتنتج غازات الاحتباس الحراري.تأثير. هناك فئتان رئيسيتان - بخار الماء وثاني أكسيد الكربون.
- مصادر الطاقة المتجددة هي موارد لا حدود لها تتجدد بسرعة وبشكل طبيعي. وتشمل هذه الأمثلة التالية على انتقال الحرارة في الطبيعة والتكنولوجيا: الرياح والطاقة الشمسية.
- التوصيل الحراري هو المعدل الذي تنقل به المادة الطاقة الحرارية من خلال نفسها.
- التوازن الحراري هو حالة تكون فيها جميع أجزاء النظام في نفس نظام درجة الحرارة.
تطبيق عملي
تشير العديد من الأمثلة على انتقال الحرارة في الطبيعة والتكنولوجيا (الصور أعلاه) إلى أنه يجب دراسة هذه العمليات جيدًا وتقديمها للأبد. يطبق المهندسون معرفتهم بمبادئ نقل الحرارة ، ويبحثون عن تقنيات جديدة مرتبطة باستخدام الموارد المتجددة وأقل تدميراً للبيئة. المفتاح هو فهم أن نقل الطاقة يفتح إمكانيات لا حصر لها للحلول الهندسية وأكثر من ذلك.
