يصف انتقال الحرارة ، بشكل عام ، موضوع تدفق الطاقة الحرارية عبر جزيئات منفصلة.
والسبب في ذلك هو التفاوت الحراري بينهما ، وعملية النقل الحراري هذه لا تعتمد فقط على الطاقة ، لأنها طاقة نقية فقط.
حيث اكتشف العلماء أن مسألة النقل يمكن أن تحدث على مستويين مختلفين ، وهما الكتلة والعمل.
من ناحية أخرى ، يمكن أن يصاحب موضوع انتقال الحرارة بين وسيطين أيضًا نقل عمل أو كتلة من أحدهما إلى الآخر.
ما هو القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟
تنص أهم أحكام القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن انتقال الحرارة يحدث في اتجاه واحد في الحالة الطبيعية.
يتم ذلك باستخدام أجسام حرارية ذات نسبة حرارة أعلى للأجسام الحرارية ذات نسبة الحرارة المنخفضة.
من أجل عكس هذا القانون ، يجب أن يظهر تأثير خارجي ، وهو الجهد أو الفعل المطبق.
يفرض عملية نقل الحرارة من الجسم الأكثر برودة إلى الجسم الأكثر دفئًا.
أكبر مثال على النقل العكسي الذي نراه بوضوح أمامنا هو الثلاجة ، حيث يتم تنفيذها بواسطة الطاقة الكهربائية.
امتصاص الحرارة من داخل حجرة التبريد في منتصف أدنى درجة حرارة ثم إطلاقها إلى الوسط المحيط وهو الأكثر سخونة.
ما هي طرق نقل الحرارة؟
يمكن نقل الحرارة بثلاث طرق أساسية: النقل والتوصيل والإشعاع.
يتطلب كل من الإرسال والتوصيل توفر وسيط مادي لحدوث عملية الإرسال ، على عكس الإشعاع الذي لا يحتاج إلى وسيط مادي.
كيف تنتقل الحرارة بالتوصيل
يحدث التوصيل عندما يتلامس جسمان صلبان عند درجات حرارة مختلفة.
وبالتالي ، يحدث انتقال بين درجة حرارة منخفضة للجسم ، إلى درجة حرارة أعلى في الجسم.
حتى تحدث المساواة بينهما ، ويمكننا تعريف التوصيل بأنه نقل الحرارة من خلال اصطدام جسيمات مادتين مختلفتين حرارياً.
بالنظر إلى أنه من هذا الاصطدام الناتج عن التلامس بين جزيئات المادة الأولى والثانية ، تصبح المادة الأكثر سخونة مع أعلى طاقة حرارية.
إنها تتخلى عن جزء من طاقتها الحرارية الكبيرة لجزيئات المادة الأخرى وبالتالي ترفع درجة حرارتها.
تتصادم المادة الثانية مع جزيئاتها لتنتقل الحرارة عبر جزيئاتها المختلفة ، وفي الحقيقة فإن خاصية التوصيل هي مسألة اختلاف بين جسم وآخر.
كما توجد بعض المواد ذات الموصلية الحرارية العالية والمواد الأخرى ذات الموصلية المنخفضة والأجسام الصلبة.
يتميز بمستوى عالٍ من انتقال الحرارة ، يليه السوائل ، تليها الغازات ، وهو أدنى مستوى لانتقال الحرارة ، وهذه المسألة مرتبطة بشكل واقعي بدرجة كثافة الجسيمات.
نظرًا لأننا نعلم أن جزيئات المواد الصلبة مضغوطة وكثيفة ، على عكس المادة الغازية المشتتة والمشتتة ، فإن فرصة تصادم الجزيئات تصبح أقل.
من أبرز الأمثلة على انتقال الحرارة الموصّل هو الإحساس بنقل الحرارة عند التلامس مع الأجسام الساخنة.
كيف يتم نقل الحرارة؟
يعد نقل الحرارة هو الطريقة الأكثر شيوعًا لنقل الحرارة في الغازات والسوائل.
يحدث من خلال عملية نقل الحرارة في الطبقات ذات درجة الحرارة العالية من الغازات والسوائل إلى الطبقات السفلية.
في الوقت نفسه ، تنخفض طبقات درجة الحرارة المنخفضة لتحتل المساحة التي خلفها انتقال الطبقات الساخنة.
ويشكل استمرار هذه الحركة نمطًا ثابتًا من الصعود والانهيار المستمر للطبقات الباردة والدافئة.
من أبرز الأمثلة على نقل الحرارة هو عملية تسخين المياه.
عندما تصل درجة حرارة الماء إلى مائة درجة مئوية ، تبدأ فقاعات الهواء بالتجمع والتشكل في قاع إناء التسخين.
من السهل ملاحظة الطرق التي تتحرك بها هذه الفقاعات إلى الطبقات العليا وينزل الماء الموجود على السطح إلى الطبقات السفلية في نفس الوقت.
كيف تنتقل الحرارة بالإشعاع؟
يتطلب كل من النقل والقيادة وسيطًا ماديًا يحدث من خلاله انتقال الحرارة بين الأشياء.
على عكس النقل الإشعاعي الذي لا يتطلب وسيطًا فيزيائيًا بين مصدر الحرارة والجسم الذي يتلقى الحرارة.
يمكننا أن نشعر بحرارة الشمس ، على الرغم من المسافة الكبيرة التي تفصلنا عنها.
وذلك لأن الحرارة يمكن أن تنتقل عبر فراغ الفضاء عبر الإشعاع الحراري.
الإشعاع الحراري ، المعروف أيضًا باسم الأشعة تحت الحمراء ، هو في الواقع شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي ، أو بعبارة أخرى ، الضوء.
يصف الإشعاع بشكل عام عملية نقل الطاقة على شكل موجات كهرومغناطيسية بسرعة الضوء.
بالإضافة إلى عدم الحاجة إلى وسيط مادي لنقله ، فإنه لا يتطلب أيضًا التبادل بين الكتل المادية.
حيث أن جميع المواد أو الأجسام تصدر إشعاعات ، إلا أن معدل الطاقة المنبعثة ومعدل إشعاع المادة يختلفان والنسبة بينهما متناسبة طرديًا.
الحمل الطبيعي والقسري
في حالة وجود حركة للسائل نتيجة اختلاف الكثافة مصحوبة باختلاف آخر في درجة الحرارة ، فهذا الحمل طبيعي.
في حالة إزاحة السائل عن طريق استخدام مروحة أو مضخة ، بالإضافة إلى وجود اختلاف في درجة الحرارة والكثافة ، فهو حمولة قسرية.
ما هي آليات نقل الطاقة الحرارية بالتوصيل؟
حرر الإلكترونات
تكتسب الإلكترونات الطاقة من الحرارة التي تطلقها عبر المسارات التي تبحث عنها داخل الذرة ، ثم تبدأ في السعي لأخذ جزء صغير من الطاقة معها.
ثم يرسلها مرة أخرى إلى ذرة أخرى مجاورة لها ، ومن خلالها تظهر المعادن بوضوح من خلال التوصيل الحراري.
تصادم
عندما تكتسب الذرات الحرارة ، فإن هذا يتسبب في زيادة تذبذباتها ويساعد على تحريرها ، مما يؤدي إلى تصادم بين الذرات الموجودة ، حيث يحدث هذا الاصطدام مع المواد غير الموصلة.
انتشار الفوتون
عندما تكتسب الذرات الطاقة ، فإن هذا يؤدي إلى اهتزازها ، مما يؤدي إلى إنتاج طاقة تسمى الفوتونات ، وهذه الطاقة صغيرة مقارنة بالطاقة التي تحمل الإلكترونات إلى المادة.
ما هي خصائص آليات شحن التيارات؟
بعض جزيئات السوائل لها هبوط وارتفاع في جزيئاتها ، وتتحرك أماكنها ، وفي هذه الحالة تكون مشحونة بالطاقة المكتسبة.
تتميز أيضًا بوجود حركات منسقة ومنظمة يمكن أن تحمل طاقة أعلى من خلال الحركات العشوائية.
له بعض الاتجاهات المنظمة والمحددة لحركة السوائل ، إما أن يكون هذا الاتجاه اتجاهًا موحدًا من الأسفل إلى الأعلى ، أو يكون اتجاهًا عشوائيًا.
يجب التأكيد على أن هناك صلة بين الطاقة الحرارية وانتقال الحرارة الذي يحدث بين الأشياء.
كما أنه ليس المقياس الرسمي لدرجة حرارة الجسم.
لذلك ، من الضروري التفريق جيدًا بين كل من الطاقة الحرارية للجسم ودرجة حرارة هذا الجسم ، ووحدات قياس هذه الطاقة الحرارية.