عندما درسنا انتقال الحرارة بالتوصيل ، رأينا أن عملية نقل الحرارة هذه تحدث من خلال كل المواد من خلال تبادل الطاقة بين الجسيمات القريبة ، أي بين الجسيمات متاخم. تحدث آلية التوصيل عندما تقوم الجزيئات أو الذرات الموجودة في درجة حرارة أعلى بنقل جزء من الطاقة إلى الجزيئات أو الذرات القريبة ذات الطاقة المنخفضة. وبالتالي ، نقول أن الطاقة تنتقل من منطقة درجة الحرارة المرتفعة إلى منطقة درجة الحرارة المنخفضة. يهدف التوصيل الحراري إلى التوازن الحراري للمادة.
سنقوم الآن بتقديم القانون الذي يحكم التوصيل الحراري ، المعروف أيضًا باسم قانون فورييه. تم تسميته على اسم العالم الذي درس أولاً بالتفصيل انتقال الحرارة عن طريق التوصيل.
في الشكل أعلاه ، لدينا قضيب معدني متصل بوعائين ، أحدهما يحتوي على ماء مغلي والآخر يحتوي على خليط من الماء والثلج. من الشكل نرى أن الشريط معزول بشكل جانبي.
تمكن جوزيف فورييه ، من خلال التجارب ، من ملاحظة أن درجة الحرارة تختلف خطيًا في جميع أنحاء الشريط ، أي من طرف إلى آخر. لذلك ، تدفق الحرارة عبر الشريط يتناسب مع مساحة القسم أ من الشريط وفرق درجة الحرارة ، ΔT = T.F - تأنا، بين الطرفين ؛ ويتناسب عكسياً مع طول العمود L. انظر الشكل أدناه:
يمكننا أن نحدد رياضيًا أن تدفق الحرارة ليس أكثر من حاصل الحرارة س تنتقل من وجه إلى آخر على مدى درجة حرارة. لذلك يتم تحديد تدفق الحرارة من خلال:
تحليليًا ، يمكن التعبير عن قانون فورييه ، أو قانون التوصيل الحراري ، على النحو التالي:
في المعادلة أعلاه ، ك هو ثابت يعتمد على المواد ويسمى توصيل حراري من المواد. قيمة هذا المعامل عالية بالنسبة للموصلات الحرارية الجيدة ؛ ومنخفضة بالنسبة للموصلات السيئة ، والمعروفة باسم العوازل الحرارية.
بقلم دوميتيانو ماركيز
تخرج في الفيزياء