مفهوم الموصلية الحرارية

نتعرف اليوم في هذا المقال على مفهوم التوصيل الحراري وأنواعه ، بمعنى انتقال الحرارة عبر الأجسام ، حيث تنتقل الحرارة بعدة طرق ، وهي التوصيل الحراري ، والحمل الحراري ، وأخيراً الإشعاع ، وتعتبر الطاقة الحرارية أحد أنواع الطاقة التي لها أهمية كبيرة في الحياة اليومية وفي الصناعات المختلفة وفي عدة أمور أخرى ، ومن خلال المقال التالي سنتعرف على معنى مفهوم التوصيل الحراري ، لذا تابع الأسطر التالية على موقع الموسوعة.

مفهوم التوصيل الحراري

  • تُعرّف الموصلية الحرارية بأنها قدرة المادة على نقل وتوصيل الطاقة الحرارية من نقطة إلى أخرى داخل المادة. يحدث نتيجة تغيرات في الطاقة بداخله نتيجة حركة الإلكترونات بعد اكتسابها للطاقة الحرارية في مستويات طاقة مختلفة.
  • يتم نقل الحرارة داخل مادة واحدة من منطقة ذات درجة حرارة عالية وطاقة عالية للجسيمات إلى منطقة ذات درجة حرارة منخفضة وطاقة منخفضة للجسيمات.
  • وهي من الطرق المعروفة لانتقال الحرارة أثناء الحمل ومن الأمثلة التي تدل على ذلك: أن تضعي يدك بالقرب من مقلاة ساخنة وتشعري بارتفاع درجة حرارتها.
  • أمثلة تدل على انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع ، مثل الحرارة التي تدخل المنزل من الشمس عبر الزجاج.

الفرق بين التوصيل الحراري والحمل الحراري

  • يمكن تمييزه بسهولة بين التوصيل الحراري والحمل الحراري ، عن طريق إجراء اختبار يعرف باسم اختبار القدر الساخن. هذا هو انتقال الحرارة بالحمل.
  • إذا لمست القدر ، تنتقل الحرارة إلى يدك من خلال التوصيل وتكون عالية جدًا مقارنة بالحمل.
  • يمكننا أن نفهم مصطلح الموصلية الكهربائية أكثر من خلال مقارنتها بالموصلية الكهربائية للمواد ، فهناك مواد جيدة التوصيل للكهرباء مثل الحديد والألمنيوم والنحاس.
  • هناك مواد موصلة للكهرباء بشكل سيئ ، مثل الخشب والبلاستيك. هناك أيضًا مواد ذات موصلية حرارية عالية ، ومواد أخرى توصل الحرارة ومواد ذات موصلة رديئة للحرارة.

أنواع المواد من حيث التوصيل الحراري

  • تنقسم المواد من حيث الموصلية الحرارية إلى عدة أنواع ، يتم التحكم في ذلك من خلال الروابط بين جزيئات المادة.
  • كلما زاد الترابط بين الجزيئات ، زادت الموصلية الحرارية للمادة.
  • كلما قل الترابط يؤدي إلى حدوث نوع من التشتت الحراري ، وبالتالي تقل الموصلية الحرارية للمادة.

تختلف أنواع المواد اعتمادًا على عدة عوامل:

  • الأول هو حالة المادة. المواد الصلبة بشكل عام لها موصلية حرارية أعلى بكثير من السوائل ، وعادة ما تكون السوائل أعلى من الغازات.
  • العامل الثاني هو التركيب الكيميائي ، حيث تختلف الموصلية حسب التركيب الكيميائي للمادة ونوع المادة من حيث كونها معدنية أو غير معدنية. عادةً ما يكون للمعادن موصلية حرارية عالية مقارنة بالمعادن ذات الموصلية الحرارية المنخفضة إلى حد ما ، حيث تتسرب الحرارة نحو المعدن نفسه قبل أن تنتقل في الهواء.
  • على سبيل المثال ، ضع ملعقة معدنية في وعاء به ماء ساخن وحاول إمساكها بعد بضع دقائق ، ستجد أن الطرف الآخر من الملعقة أصبح شديد السخونة وتستمر الطاقة الحرارية بالتسرب إلى المعدن باتجاه البرد. الجزء حتى يحدث التوازن ودرجة حرارة الجزء البارد تساوي الجزء الساخن.

لماذا نغمس الأشياء الساخنة في الماء؟

  • عرف الإنسان في الماضي أسهل الطرق لتبريد المواد الساخنة بغمرها في الماء قبل أن يكتشف الموصلية الحرارية والديناميكا الحرارية.
  • وبالمثل ، إذا أصبت بحروق في يدك ، فإنك تغمرها في ماء لا يشترط أن يكون باردًا ، بل يكون الماء عذبًا ودافئًا ، فلماذا نضع المكواة الساخنة في الماء لتبريدها؟ ما علاقة هذا بالتوصيل الحراري؟ الجواب بسيط: نضع الحديد الساخن في الماء لتبريده ، حيث أن قوى الترابط بين جزيئات الماء أقل بكثير من قوى الترابط بين جزيئات المعادن وبعضها البعض.
  • كما أن الماء في حالته السائلة ، في حين أن قوى الترابط بين جزيئات المعدن عالية ، لذا فإن الموصلية الحرارية للمعدن أعلى من تلك الموجودة في الماء ، لذلك تتسارع الحرارة للهروب من سطح المعدن شيئًا فشيئًا ، وعندما يكتسب المعدن الحرارة بسرعة ، فإنه يفقدها بسرعة ويتم ذلك دون النظر إلى الوسط المحيط.

لماذا يعتبر النحاس أسرع من الحديد والألمنيوم في توصيل الحرارة؟

تنقسم المواد وفقًا للتوصيل الحراري إلى موصلات جيدة للحرارة وموصلات ضعيفة للحرارة ، وتختلف موصلات الحرارة الجيدة فيما بينها في قدرتها على توصيل الحرارة.

حيث يعتمد نقل الطاقة الحرارية عن طريق التوصيل على الروابط الموجودة بين الجزيئات ، وتكون الجزيئات في معدن النحاس أقوى من الروابط بين الألمنيوم والحديد ، وبالتالي تنتقل الحرارة بين جزيئاته بسرعة مما يجعله موصلًا أفضل للحرارة.

لا يعتمد الأمر على قوة الروابط بين جزيئات مادة واحدة ، ولكن هناك عامل آخر يعتمد عليه التوصيل وهو عدد الإلكترونات الحرة في آخر مستوى طاقة في كل عنصر ، والنحاس أفضل في هذا أمر مهم لأن عدد إلكترونات النحاس الحرة في مستوى الطاقة الأخير أكبر منه في الحديد والألمنيوم ، فعندما يكتسب جزيء النحاس كمية من الحرارة ، تتحرك الإلكترونات أكثر من الحديد والألمنيوم نتيجة للطاقة الحرارية المكتسبة.

وهنا انتهينا من تقديم هذا المقال الذي قدمنا ​​لكم فيه أهم المعلومات عن التوصيل الحراري والتي تعد من الطرق التي تنتقل من خلالها الطاقة الحرارية عبر الأجسام ، ونعرف أيضا العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري ، نتمنى لقد أعجبك ذلك ، حيث يمكنك متابعة المزيد من المقالات حول الموضوعات من خلال الدخول إلى موقع مقالتي نت.

الوسوم

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

إغلاق