موضوع عن طرق انتقال الحرارة في الطبيعة

موضوع عن طرق انتقال الحرارة في الطبيعة

تعريف الحرارة
الحرارة هي أحد أشكال الطاقة التي تُعبر عن مستوى حركة العناصر المكونة للأجسام، والتي يمكن نقلها من جسم لآخر، تنتقل الحرارة تلقائياَ من الأجسام التي تكون درجة حرارتها مرتفعة إلى الأجسام منخفضة درجة الحرارة للوصول إلى حالة توازن بينهما، أما انتقال الحرارة بين الأجسام المتساوية في درجة الحرارة، أو من الأجسام منخفضة درجة الحرارة إلى الأجسام مرتفعة درجة الحرارة، فيمكن حدوثه؛ إلا أنه يحتاج لبذل شغل أو لمضخة حرارية. يعتقد البعض أن الحرارة Heat ودرجة الحرارة Temperature يُعبران عن المصطلح ذاته؛ إلا أن الحرارة ودرجة الحرارة بالرغم من ارتباطهما ببعضهما البعض يعبران عن مفهومَين مختلفَين؛ إذ يُشير مفهوم الحرارة إلى الطاقة الحرارية التي يختزنها جسم ما، بينما درجة الحرارة هي مقياس لمقدار هذه الطاقة.

طرق انتقال الحرارة
تنتقل الحرارة بثلاث طرق، وهي التوصيل الحراري، وتيارات الحمل الحراري، والإشعاع الحراري، وفيما يلي بعض المعلومات الموجزة عن طرق النقل الثلاث:



1- التوصيل الحراري:
يُقصد بالتوصيل الحراري Heat Conduction انتقال الحرارة عبر الأجسام الصلبة المتلامسة نتيجة اهتزاز وحركة الذرات والجزيئات في جسم ما؛ مما يؤدي إلى نقل جزء من طاقتها الحرارية إلى الذرات والجزيئات المجاورة لها، ويمكن توضيح ذلك بما يحدث عند تسخين طرف قضيب معدني، فتكتسب الذرات المكونة له طاقة تُمكنها من الاهتزاز ونقل طاقتها للذرات القريبة منها، والتي بدورها تكتسب طاقة وتهتز وتنقل طاقتها للذرات المجاورة لها، وهكذا إلى أن يفقد الطرف الساخن جزءاً من حرارته، ويتلاشى الفرق في درجة حرارة أجزاء القضيب بمرور الوقت ويقترب من حالة التوازن الحراري thermal equilibrium.
تعتمد قدرة المواد على نقل الحرارة على درجة توصيلها للحرارة أو ما يُسمى الناقلية، أو الموصلية الحرارية Thermal conductivity ، فكلما ازدادت الناقلية الحرارية للمادة ازدادت كفاءتها في التوصيل الحراري، وتُعد المعادن من المواد ذات التوصيل الحراري العالي، ويتناسب التوصيل الحراري فيها طردياً مع التوصيل الكهربائي ( مع وجود استثناءات )، فالألماس على سبيل المثال يتميز بموصلية حرارية عالية؛ لكن توصيله الكهربائي ضعيف، ومن الجدير بالذكر أن قِيَم الناقلية الحرارية للمواد تكون شديدة الأهمية في مجال إنشاء المباني المعزولة حرارياً،

2- تيارات الحمل الحراري:
الحمل الحراري Convection Currents هو وسيلة انتقال الحرارة والكتلة في آن واحد في الموائع ( السوائل والغازات )؛ نتيجة اختلاف درجة حرارة المادة، وبالتالي كثافتها، ومن الأمثلة المعروفة على تيارات الحمل الحراري ما يحدث عند تسخين الماء في وعاء على الموقد، فعندما يسخن الماء القريب من مصدر الحرارة يكتسب طاقة حركية وتقل كثافته فيرتفع للأعلى ( سطح الماء )، وعند السطح يبرد الماء قليلاَ نتيجة التبخر فتنزل بعض جزيئات الماء للأسفل، وتتكرر العملية حتى يسخن الماء كله، ويوجد نوعان من أشكال الحمل الحراري، وهي:
أ‌- الحمل الحراري الحر أو الطبيعي Natural convective heat transfer: وهي تيارات الحمل التي تنشأ عن قوة طفو السوائل نتيجة اختلاف درجة حرارتها واختلاف كثافتها بدون تدخل قوى خارجية.
ب‌- الحمل القسري Forced convection: وفيه تنتقل دقائق السائل نتيجة وجود تيارات قسرية تُولدها قوى خارجية أو أجهزة، مثل المراوح والمضخات، كما يحدث عند تسخين الطعام في فرن مُزود بمروحة تعمل على نقل الهواء الساخن بشكل أسرع مما قد يحدث بشكل طبيعي نتيجة التسخين بدون وجود المروحة.

3- الإشعاع الحراري
يُعرَف الإشعاع الحراري Thermal radiation بأنه طريقة انتقال الطاقة الحرارية على شكل إشعاع كهرومغناطيسي ينتقل بسرعة الضوء في جميع الاتجاهات دون الحاجة إلى وجود وسط مادي لحمله، ومن الأمثلة عليه انتقال حرارة الشمس إلى الأرض. يتراوح الطول الموجي للإشعاع الحراري ما بين الطول الموجي الأكبر وهو الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء، إلى الطول الموجي الأقصر للأشعة فوق البنفسجية، مروراَ بالضوء المرئي الذي يقع بينهما، وتعتمد كمية الطاقة التي يحملها الإشعاع علي طبيعة السطح الباعث للأشعة ودرجة حرارته. من الأمثلة على انتقال الحرارة بالإشعاع تدفئة المنزل بموقد مفتوح، إذ تتولد من الطوب الساخن، والفحم، واللهب إشعاعات حرارية تنتقل مباشرة إلى الأجسام في الغرفة، ولا يمتص الهواء إلا القليل من الحرارة.

المصدر: منتديات التفوق - من قسم: العلوم الطبيعية