عمليات انتشار الحرارة. دراسة انتشار الحرارة

نتحدث عن الموضوع الحرارة لا يزال من الممكن أن يكون مربكًا لبعض الناس. في علم الحرارة ، ترتبط الحرارة بنقل الطاقة الحرارية من جسم ذي درجة حرارة أعلى إلى جسم ذي درجة حرارة منخفضة ، أي أن الحرارة هي طاقة عابرة. من أجل استيعاب أفضل ، دعنا ننتقل إلى المثال التالي:

لنتخيل أنه في نظام معزول (داخل صندوق ستايروفوم ، على سبيل المثال) ، تم وضع جسمين. الكائن أ ، عند درجة حرارة 200 درجة مئوية ؛ والجسم B عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. وفقًا لقانون الصفر للديناميكا الحرارية ، تنخفض درجة حرارة الجسم أ مع مرور الوقت أن درجة حرارة الجسم B تزداد ، حتى يصل كلاهما إلى نفس درجة الحرارة ، ويبقى في حالة توازن حراري. تسمى الطاقة التي تم نقلها من الجسم أ إلى الجسم ب الحرارة أو الطاقة الحرارية.

الخريطة الذهنية: الحرارة

* لتنزيل الخريطة الذهنية بصيغة PDF ، انقر هنا!

انتقال الحرارة

لكي يتم تبادل الحرارة ، يجب أن تنتقل من منطقة إلى أخرى عبر الجسم نفسه ، أو من جسم إلى آخر. هناك ثلاث عمليات لنقل الحرارة تمت دراستها في علم الحرارة ، وهي: التوصيل ، والحمل الحراري ، والإشعاع. التشعيع هو انتشار الموجات الكهرومغناطيسية التي لا تحتاج إلى وسيط لتنتشر في حين أن التوصيل والحمل هما عمليتا نقل تتطلب وسيطًا ماديًا إلى بث.

القيادة

عندما يتلامس جسمان بدرجات حرارة مختلفة ، فإن جزيئات الجسم الأكثر سخونة ، التي تصطدم بجزيئات الجسم الأكثر برودة ، تنقل الطاقة إليه. تسمى عملية التوصيل الحراري هذه بالتوصيل. في حالة المعادن ، بالإضافة إلى انتقال الطاقة من ذرة إلى ذرة ، هناك انتقال للطاقة بواسطة الإلكترونات الحرة ، أي أن الإلكترونات هي الأكثر بعيدًا عن النواة والتي تكون أكثر ارتباطًا بالنواة ، لذلك فإن هذه الإلكترونات ، عند اصطدامها مع بعضها البعض ومع الذرات ، تنقل الطاقة قليلاً جدًا يسهل. لهذا السبب ، يقوم المعدن بتوصيل الحرارة بشكل أكثر كفاءة من المواد الأخرى.

الحمل

تعتبر السوائل والغازات ، مثل المعادن ، موصلات جيدة للحرارة. ومع ذلك ، فإنهم ينقلون الحرارة بطريقة مختلفة. هذا الشكل يسمى الحمل. هذه عملية تتكون من أجزاء متحركة من السائل داخل السائل نفسه. على سبيل المثال ، لنفكر في وعاء يحتوي على ماء عند درجة حرارة أولية تبلغ 4 درجات مئوية. نحن نعلم أن الماء فوق 4 درجات مئوية يتمدد ، لذلك عندما نضع هذا الإناء فوق اللهب ، يتمدد الجزء من سوف تتمدد تحت الماء ، وتقل كثافتها ، وبالتالي ، وفقًا لمبدأ أرخميدس ، سوف ترتفع. الجزء الأكثر برودة والأكثر كثافة سينزل ، ثم يشكل تيارات الحمل. كمثال على الحمل الحراري ، لدينا ثلاجة بها فريزر في الأعلى. يصبح الهواء البارد أكثر كثافة ويهبط ، والهواء بالأسفل ، أكثر دفئًا ، ثم يرتفع.

تشعيع

يمكننا القول أن الإشعاع الحراري هو أهم عملية ، لأنه بدونه ، ستكون الحياة على الأرض مستحيلة عمليًا. بالإشعاع تصل الحرارة المنبعثة من الشمس إلى الأرض. عامل مهم آخر هو أن جميع الأجسام تصدر إشعاعات ، أي أنها تصدر موجات الكهرومغناطيسية ، التي تعتمد خصائصها وشدتها على المادة التي يتكون منها الجسم و من درجة حرارتك. لذلك ، فإن عملية انبعاث الموجات الكهرومغناطيسية تسمى التشعيع. الترمس مثال جيد للإشعاع الحراري. الجزء الداخلي عبارة عن قنينة زجاجية بجدران مزدوجة مع فراغ تقريبًا بينهما. هذا يجعل من الصعب نقل الحرارة عن طريق التوصيل. داخل وخارج الزجاجة معكوسة لمنع انتقال الحرارة المشعة.

بقلم دوميتيانو ماركيز
تخرج في الفيزياء

* خريطة ذهنية بقلم رافائيل هيلربروك
ماجستير في الفيزياء

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/processo-propagacao-calor.htm