لنتحدث عن ماهية انتقال الحرارة. يشير هذا المصطلح إلى عملية نقل الطاقة في المادة. تتميز بآلية معقدة وصفتها معادلة الحرارة
أنواع مختلفة من نقل الحرارة
كيف يتم تصنيف انتقال الحرارة؟ التوصيل الحراري ، والحمل الحراري ، والإشعاع هي الأنماط الثلاثة لنقل الطاقة الموجودة في الطبيعة.
لكل منهم خصائصه المميزة وميزاته وتطبيقاته في التكنولوجيا.
التوصيل الحراري
تُفهم كمية الحرارة على أنها مجموع الطاقة الحركية للجزيئات. عندما تصطدم ، فإنها تكون قادرة على نقل جزء من حرارتها إلى جزيئات باردة. تتجلى الموصلية الحرارية إلى أقصى حد في المواد الصلبة ، وأقل شيوعًا للسوائل ، وليس نموذجيًا على الإطلاق للمواد الغازية.
كمثال يؤكد قدرة المواد الصلبة على نقل الحرارة من منطقة إلى أخرى ، ضع في اعتبارك التجربة التالية.
إذا قمت بإصلاح الأزرار المعدنية على سلك فولاذي ، ثم أحضر نهاية السلك إلى مصباح روح مشتعل ، فستبدأ الأزرار تدريجياً في السقوط منه. عند تسخينها ، تبدأ الجزيئات في التحرك بسرعة أكبر ، في كثير من الأحيانتصطدم مع بعضها البعض. هذه الجسيمات هي التي تعطي طاقتها وحرارتها للمناطق الأكثر برودة. إذا لم توفر السوائل والغازات تدفقًا سريعًا بدرجة كافية للحرارة ، فإن هذا يؤدي إلى زيادة حادة في تدرج درجة الحرارة في المنطقة الساخنة.
إشعاع حراري
للإجابة على السؤال حول نوع انتقال الحرارة المصحوب بنقل الطاقة ، من الضروري ملاحظة هذه الطريقة بالذات. يتضمن النقل الإشعاعي نقل الطاقة عن طريق الإشعاع الكهرومغناطيسي. لوحظ هذا المتغير عند درجة حرارة 4000 كلفن ويتم وصفه بواسطة معادلة التوصيل الحراري. يعتمد معامل الامتصاص على التركيب الكيميائي ودرجة الحرارة وكثافة غاز معين.
نقل حرارة الهواء له حد معين ، مع زيادة تدفق الطاقة ، يزداد التدرج في درجة الحرارة ، ويزيد معامل الامتصاص. بعد أن تتجاوز قيمة التدرج في درجة الحرارة التدرج الثابت ، يحدث الحمل الحراري.
ما هو انتقال الحرارة؟ هذه هي العملية الفيزيائية لنقل الطاقة من جسم ساخن إلى جسم بارد عن طريق الاتصال المباشر أو من خلال قسم يفصل بين المواد.
إذا كانت أجسام نفس النظام لها درجات حرارة مختلفة ، فإن عملية نقل الطاقة تحدث حتى يتم إنشاء التوازن الديناميكي الحراري بينهما.
ميزات نقل الحرارة
ما هو انتقال الحرارة؟ ما هي ملامح هذه الظاهرة؟ لا يمكنك إيقافه تمامًا ، يمكنك فقطتقليل سرعته؟ هل نقل الحرارة مستخدم في الطبيعة والتكنولوجيا؟ إنه انتقال الحرارة الذي يصاحب ويميز العديد من الظواهر الطبيعية: تطور الكواكب والنجوم ، عمليات الأرصاد الجوية على سطح كوكبنا. على سبيل المثال ، مع التبادل الشامل ، تتيح لك عملية نقل الحرارة تحليل التبريد بالتبخير والتجفيف والانتشار. يتم بين ناقلتين للطاقة الحرارية من خلال جدار صلب يعمل كواجهة بين الأجسام
نقل الحرارة في الطبيعة والتكنولوجيا هي طريقة لتوصيف حالة الجسم الفردي ، وتحليل خصائص النظام الديناميكي الحراري.
قانون فورييه
يطلق عليه قانون التوصيل الحراري ، لأنه يربط بين القدرة الكلية لفقدان الحرارة ، وفرق درجة الحرارة مع مساحة المقطع العرضي للخط المتوازي ، وطوله ، وكذلك مع معامل التوصيل الحراري. على سبيل المثال ، بالنسبة للفراغ ، يكون هذا المؤشر صفرًا تقريبًا. سبب هذه الظاهرة هو الحد الأدنى من تركيز جزيئات المادة في الفراغ التي يمكنها حمل الحرارة. على الرغم من هذه الميزة ، يوجد في الفراغ نوع من نقل الطاقة بالإشعاع. ضع في اعتبارك استخدام نقل الحرارة على أساس الترمس. جدرانه مزدوجة من أجل زيادة عملية الانعكاس. يتم ضخ الهواء بينهما مع تقليل فقد الحرارة.
الحمل الحراري
للإجابة على السؤال حول ماهية انتقال الحرارة ، ضع في اعتبارك عملية انتقال الحرارة في السوائلأو في الغازات عن طريق الخلط التلقائي أو القسري. في حالة الحمل الحراري القسري ، فإن حركة المادة ناتجة عن تأثير القوى الخارجية: شفرات المروحة ، المضخة. يتم استخدام خيار مماثل في المواقف التي لا يكون فيها الحمل الطبيعي فعالاً.
تتم ملاحظة عملية طبيعية في تلك الحالات عندما يتم تسخين الطبقات السفلية من المادة مع التسخين غير المتكافئ. كثافتها تتناقص ، ترتفع. الطبقات العليا ، على العكس من ذلك ، تبرد ، وتصبح أثقل ، وتغرق. علاوة على ذلك ، تتكرر العملية عدة مرات ، وأثناء الخلط ، لوحظ التنظيم الذاتي في هيكل الدوامات ، يتم تكوين شبكة منتظمة من خلايا الحمل الحراري.
بسبب الحمل الحراري الطبيعي ، تتشكل السحب ، ويتساقط هطول الأمطار ، وتتحرك الصفائح التكتونية. بالحمل الحراري تتشكل الحبيبات على الشمس.
الاستخدام السليم لنقل الحرارة يضمن الحد الأدنى من فقدان الحرارة ، والحد الأقصى من الاستهلاك.
جوهر الحمل
لشرح الحمل الحراري ، يمكنك استخدام قانون أرخميدس ، وكذلك التمدد الحراري للمواد الصلبة والسائلة. مع ارتفاع درجة الحرارة ، يزداد حجم السائل وتقل كثافته. تحت تأثير قوة أرخميدس ، يميل سائل أخف (ساخن) إلى الأعلى ، وتتساقط الطبقات الباردة (الكثيفة) ، وتسخن تدريجياً.
عندما يتم تسخين السائل من الأعلى ، يبقى السائل الدافئ في موضعه الأصلي ، لذلك لا يتم ملاحظة أي انتقال حراري. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الدورةالسوائل التي يصاحبها انتقال الطاقة من المناطق الدافئة إلى الأماكن الباردة. في الغازات ، يحدث الحمل الحراري وفقًا لآلية مماثلة.
من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، يعتبر الحمل الحراري متغيرًا لنقل الحرارة ، حيث يحدث نقل الطاقة الداخلية عن طريق التدفقات المنفصلة للمواد المسخنة بشكل غير متساو. تحدث ظاهرة مماثلة في الطبيعة وفي الحياة اليومية. على سبيل المثال ، يتم تثبيت مشعات التدفئة على ارتفاع أدنى من الأرض بالقرب من حافة النافذة.
تقوم البطارية بتسخين الهواء البارد ، ثم يرتفع تدريجياً ، حيث يختلط مع كتل الهواء الباردة التي تنزل من النافذة. يؤدي الحمل الحراري إلى إنشاء درجة حرارة موحدة في الغرفة.
من الأمثلة الشائعة للحمل الجوي الرياح: الرياح الموسمية ، النسائم. يبرد الهواء الذي يسخن فوق بعض أجزاء الأرض على أجزاء أخرى ، ونتيجة لذلك يدور وينتقل الرطوبة والطاقة.
ميزات الحمل الحراري الطبيعي
يتأثر بعدة عوامل في وقت واحد. على سبيل المثال ، يتأثر معدل الحمل الطبيعي بالحركة اليومية للأرض والتيارات البحرية والتضاريس السطحية. إنه الحمل الحراري الذي هو أساس الخروج من الحفر البركانية وأنابيب الدخان ، وتشكيل الجبال ، وتحليق الطيور المختلفة.
في الختام
الإشعاع الحراري هو عملية كهرومغناطيسية ذات طيف مستمر ، تنبعث من المادة ، وتحدث بسبب الطاقة الداخلية. من أجل إجراء حسابات الإشعاع الحراري ، فيتستخدم الفيزياء نموذج الجسم الأسود. وصف الإشعاع الحراري باستخدام قانون ستيفان بولتزمان. الطاقة الإشعاعية لهذا الجسم تتناسب طرديًا مع مساحة سطح الجسم ودرجة حرارة الجسم ، مأخوذة للقوة الرابعة.
التوصيل الحراري ممكن في أي أجسام ذات توزيع غير منتظم لدرجة الحرارة. جوهر هذه الظاهرة هو التغيير في الطاقة الحركية للجزيئات والذرات ، والتي تحدد درجة حرارة الجسم. في بعض الحالات ، تعتبر الموصلية الحرارية هي القدرة الكمية لمادة معينة على توصيل الحرارة.
العمليات واسعة النطاق لتبادل الطاقة الحرارية لا تقتصر على تسخين سطح الأرض عن طريق الإشعاع الشمسي.
تتميز تيارات الحمل الحراري الشديدة في الغلاف الجوي للأرض بالتغيرات في الأحوال الجوية في جميع أنحاء الكوكب. مع اختلافات درجة الحرارة في الغلاف الجوي بين المناطق القطبية والاستوائية ، تنشأ تدفقات الحمل الحراري: التيارات النفاثة ، والرياح التجارية ، والجبهات الباردة والدافئة.
يؤدي انتقال الحرارة من لب الأرض إلى السطح إلى حدوث ثورات بركانية ، وحدوث السخانات. في العديد من المناطق ، تُستخدم الطاقة الحرارية الأرضية لتوليد الكهرباء وتدفئة المباني السكنية والصناعية.
إنها الحرارة التي تصبح مشاركًا إلزاميًا في العديد من تقنيات الإنتاج. على سبيل المثال ، معالجة وصهر المعادن وتصنيع المواد الغذائية وتكرير الزيت وتشغيل المحركات - كل هذا يتم فقط في وجود الطاقة الحرارية.
