انتقال الحرارة – Heat Transfer

amer 27/04/2014 Comments Off on انتقال الحرارة – Heat Transfer

انتقال الحرارة – Heat Transfer

الطاقة يمكن أن تنتقل من نظام إلى آخر (بالتوصيل أو الحمل أو الإشعاع)، ولكن لا يمكن تدميرها.

 انتقال الحرارة هو انتقال الطاقة الحرارية من الكتلة الأسخن إلى الكتلة الأبرد. عندما يكون جسم ما ذو درجة حرارة مختلفة عما يحيط به من الأجسام، فإن انتقال الطاقة الحرارية، ويسمى أيضا بالتدفق الحراري، أو التبادل الحراري، يحدث بحيث تصل الأجسام إلى توازن حراري، وهذا يعني أنها ذات درجة حرارة واحدة. ويحدث الانتقال الحراري دائما من الأجسام الأسخن إلى الأجسام الأبرد، وهذا ما يؤكده القانون الثاني للديناميكا الحرارية. إن انتقال الحرارة بين الأجسام القريبة لا يمكن أيقافه، ولكن يمكن إبطاؤه.   تنتقل الحرارة بثلاثة طرق هي: التوصيل، والحمل، والإشعاع.

 التوصيل الحراري :

وهو انتقال الحرارة من جُزَيْء إلى آخر داخل المادة، أو انتقال الحرارة من مادة إلى أخرى عندما يكونا متماسان مباشرة. يسمح التوصيل الحراري بالانتقال الحرارة عبر المواد الصلبة، فعندما نسخن مثلا قضيب حديدي من جهة، فالحرارة تنتقل بفعل التوصيل الحراري إلى الجهة الأخرى الباردة. وآلية التوصيل الحراري عبر المواد الصلبة لم تتضح بعد كليا، ولكنها تنتج في مجملها عن تحرك الجزيئات المكونة للجسم وهذا يخلق مباشرة فرق في درجات الحرارة. وعادة المواد ذات توصيل حراري جيد تكون كذلك ذات توصيل كهربائي جيد. التوصيل الحراري هو وحده الذي يضمن انتقال جيد للحرارة عبر الأجسام الصلبة, فمثلا عند تسخين إحد طرفي قضيب معدني، يسخن الطرف الآخر تدريجيا. وإذا استمرينا في التسخين لمدة من الزمن، ستكون درجة حرارة الجسم المعدني مرتفعة عند كل نقطة به, فقد امتدت الحرارة من الطرف الذى تم تسخينه إلى باقى الجسم، فقد قام القضيب المعدني “بتوصيل” الحرارة, وتسمى هذه الخاصية بالتوصيل الحراري.  وإذا توقفنا فجأة عن تسخين طرف القضيب المعدني ستنخفض الحرارة تدريجيا، ويعود القضيب إلى حرارته الأساسية.  والحرارة التي تنتقل عبر الحوائط وأسقف المنازل تنتقل عن طريق التوصيل الحراري.  والمواد التي توصل الحرارة بطريقة جيدة تكون عادة موصلات جيدة للكهرباء. 

 الحِمْل الحراري :

وهو أساس انتقال الحرارة في الأجسام المائعة. ففي مجال الجاذبية ، كل فرق في درجة الحرارة في سائل أو غاز يغير من تركيزه، فتنتج عن ذلك حركة داخل الجسم المائع بفعل قوة الطفو لأرخميد. تطفو الأجزاء الساخنة والأجزاء الباردة تحل محلها وينتج عن هذه العملية تبادل حراري يُسمى الحمل الحراري. عندما نسخن الماء على النار، تتكون داخل الإناء تيارات الحِمْل فتصعد الكمية المائية الساخنة إلى الأعلى ويحل محلها الماء البارد، ولا يصعد هذا الأخير إلا عندما تصبح درجة حرارته أعلى من الماء الساخن الذي فوقه، وهكذا حتى يصل الماء إلى درجة الغليان. ترجع حركة الماء الغالية في قدر نقوم بتسخينه إلى تيارات الحمل الحراري، حيث يتمدد الماء الموجود بالمناطق الأكثر سخونة (الموجودة بقاع القدر) ويرتفع (القوة الدافعة لأرشمديس)، بينما يهبط الماء الموجود بالمناطق الباردة. وتسمى حركة مجموعة جزيئات الماء نتيجة لوجود اختلاف في درجات الحرارة بتيارات الحمل الحراري. 

الإشعاع الحراري :

يختلف تنقل الحرارة بفعل الإشعاع عن سابقيه بأنه لا يحتاج أن يكون تماس بين الجسمين الذين يتبادلان الطاقة الحرارية، حتى ولو كان بينهم فراغ تام. فالطاقة الحرارية يمكنها إن تتنقل في شكل موجات كهرومغنطيسية وبسرعة الضوء حتى تصل إلى الجسم الذي يمتص الحرارة أو يعكسها كلًها أو جزء منها. وهذه الموجات لا تسخن المحيط الذي تمر به إلا إذا امتص هذا الأخير جزء منها. ولهذا عندما نكون أمام كانون من النار نحس بأشعة منبعثة منه تلفح الوجه.

يختلف الإشعاع كليا عن الطريقتين السابقتين لإنتقال الطاقة عن طريق الحرارة, حيث أنه ليس من الضرورى أن تكون المواد التي ستتبادل الحرارة متواصلة (متلامسة), فإن الاشعاع هو إصدار الجسم الذى تم تسخينه لموجات كهرومغناطسية. 

وتحصل الأرض على الحرارة من الشمس عن طريق الإشعاع عموما . (وتمتص الأجسام ذات الألوان الداكنة كمية أكبر من الإشعاع الضوئي مقارنة بالأجسام ذات الألوان الفاتحة).

http://www.youtube.com/watch?v=NeuSGwOe9Vc

Amer 26-4-2014 a

Heat Transfers in three ways:  Conduction, Convection and Radiation

Heat always moves from a warmer place to a cooler place.  Hot objects in a cooler room will cool to room temperature.  Cold objects in a warmer room will heat up to room temperature.

If a cup of coffee and a red popsickle were left on the table in this room what would happen to them? Why? The cup of coffee will cool until it reaches room temperature.

The popsickle will melt and then the liquid will warm to room temperature. As you heat the metal, the particles vibrate, these vibrations make the adjacent particles vibrate, and so on and so on, the vibrations are passed along the metal and so is the heat. We call this “conduction”.

What happens to the particles in a liquid or a gas when you heat them?  The particles spread out and become less dense.  Warmer liquids gasses rise up, cooler liquids and gasses sink.  That is “convection”.

Heat energy gets from the Sun to the Earth not by conduction or convection, because there are no particles between the Sun and the Earth.  It  travels via “radiation”.

 

heat_transfer-2

heat_transfer-1

Comments are closed.