متى يحدث التوصيل الحراري؟ من بين أنواع المادة المختلفة ، حيث يكون انتقال الحرارة من جسم إلى آخر أمرًا شائعًا بين ذرات المادة المختلفة ، ولولا هذه الظاهرة لكانت جميع الأجسام قد حافظت على درجة حرارتها دون تغيير ، حيث يظل الثلج المتجمد متجمدًا إلى الأبد. والماء الساخن يظل ساخنًا أيضًا.
ما هي ظاهرة التوصيل الحراري؟
تعتبر طريقة التوصيل الحراري إحدى الطرق الثلاث لتبادل الطاقة الحرارية. هناك أيضا الحمل الحراري والإشعاع. تشير ظاهرة الموصلية الحرارية في مادة ما إلى قدرة ذرات أو جزيئات مادة معينة على توصيل أو نقل الحرارة إلى أجسام أخرى. يُعرف مقلوب كمية التوصيل الحراري بالمقاومة الحرارية ، حيث يتم استخدام المواد ذات الموصلية الحرارية العالية في أحواض الحرارة ، بينما تستخدم المواد ذات القيم المنخفضة للتوصيل الحراري كعوازل حرارية.
ينص قانون فورييه للتوصيل الحراري على أن المعدل الذي تنتقل به الحرارة من خلال مادة ما يتناسب مع التغير السلبي في درجة الحرارة ، ويتناسب أيضًا مع المنطقة التي تتدفق من خلالها الحرارة. يمكن التعبير عن الشكل التفاضلي لهذا القانون من خلال المعادلة التالية:
ف = -k.∇T
حيث ∇T هي مقدار التغير في درجة الحرارة ، و- k هو ثابت التبادل الحراري ، و q مقدار التوصيل الحراري.
متى يحدث التوصيل الحراري؟
متى يحدث التوصيل الحراري؟ في جميع حالات المادة سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلةحيث يتم تبادل الطاقة الحرارية من جسم ذي درجة حرارة أعلى إلى الجسم بدرجة حرارة منخفضة ، بهدف جعل الجسمين قريبين من درجة الحرارة ، وترتبط الموصلية الحرارية لمادة بعدة عوامل ، ربما يكون أبرزها وهي درجة الحرارة والتباين الحراري وطبيعة المادة ودرجة نقاوتها.
عوامل التوصيل الحراري في المادة
تتغير قيمة ثابت الموصلية الحرارية مع تغير العديد من العوامل ، ومن أهم العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري هي:
- طبيعة المادةفي المعادن ، ترتبط ظاهرة التوصيل الحراري بوجود إلكترونات حرة ، والتوصيل الحراري في المعادن يتناسب مع درجة الحرارة المطلقة والتوصيل الكهربائي ، بينما في أنواع أخرى من المادة ، تُعزى الموصلية الحرارية للغير معادن إلى اهتزازات ذرات المادة.
- الحالة الكيميائية للمادةعلى سبيل المثال ، عندما تتغير حالة المادة من الحالة الصلبة إلى السائلة ، كما هو الحال في الجليد ، تتغير الموصلية الحرارية لهذه المادة.
- التباين الحراري: عندما تؤدي الاختلافات في اقتران الفوتونات في البلورات إلى قيم مختلفة للتوصيل الحراري في بعض المواد ، فإن وجود تباين حراري يشير إلى أن الاتجاه الذي تتدفق فيه الحرارة قد لا يكون هو نفسه اتجاه تدرجات درجة الحرارة.
- الموصلية الكهربائية في المعادن: من خلال قانون فرانز ، الذي يشرح العلاقة بين التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري ، وهو ينطبق فقط على المعادن ، حيث أن الموصلية الحرارية للمواد غير المعدنية لا تتأثر نسبيًا بموصلاتها الكهربائية.
- تأثير المجالات المغناطيسيةيصف قانون Magee-Reggie-Leduc التغيير في التوصيل الحراري للمادة عند وضعها في مجال مغناطيسي ، حيث يتم ملاحظة التدرج في درجة الحرارة عند تطبيق المجالات المغناطيسية.
- درجة نقاء المادةيؤثر نقاء النظير على ظاهرة النقل الحراري فيه ، حيث يلاحظ أن بعض النظائر الأكثر نقاء لها موصلية حرارية أفضل من المواد التي تحتوي على شوائب.
في الختام ، تم الرد على سؤال متى يحدث التوصيل الحراري؟وقد ثبت أن الجواب هو أنه يحدث في جميع حالات المادة سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلة وحتى بلازما. كما تم تعريف ظاهرة التوصيل الحراري ، وشرح قانونها ، وتم ذكر العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري لمادة ما.