التوصيل الحراري أو مجرد التوصيل هو عملية نقل الحرارة التي تحدث داخل المواد الصلبة ، بسبب أ فرقفيدرجة الحرارة. في القيادة ، طاقة حرارية بين ال ذرات و الجزيئات على واحد صلب دون نقل المادة ، حتى حالة توازن حراري.
تحدث هذه الظاهرة في جميع المواد ، بغض النظر عن الحالة الفيزيائية، بالرغم من أكثرمتكررفيالمواد الصلبة. يحدث هذا لأنه ، في الحالة الصلبة ، الموضع الثابت للذرات ، التي يتم ترتيبها في شبكة بلورية ، يفضل تبادل الطاقة بين الذرات بسبب تكرار حدوث التصادمات بينها حبيبات.
نظرةأيضا:كل ما تحتاج لمعرفته حول علم الحرارة
كيف يحدث التوصيل الحراري؟
عملية القيادةحراري يتميز بالتفاعل بين ذرات العديد من الاختلافاتدرجات الحرارة. عندما نقوم بتسخين الجسم ، تبدأ ذراته في التذبذب بسعة أكبر. أولئك ذرات أكثر هياجًا نقل جزء من الخاص بك الطاقة الحركية إلى الذرات المجاورة عن طريق الاصطدامات والاهتزازات ، وبهذه الطريقة تتباطأ ، بينما أي خسارةمضطربينتصر● السرعة. من خلال هذه الآلية ، تنتقل الحرارة تدريجياً من مناطق درجات الحرارة المرتفعة نحو مناطق درجات الحرارة المنخفضة ، حتى يصبح النظام بأكمله بنفس درجة الحرارة.
نحن غازاتعلى سبيل المثال ، يحدث انتقال الحرارة بالتوصيل حصريًا من خلال الاصطدامات بين الذرات. نحن المواد الصلبة غير المعدنية، يحدث التوصيل الحراري من خلال الاهتزازات على طول الشبكة البلورية للمادة. نحن المواد الصلبة المعدنية - أفضل الموصلات الحرارية - يحدث التوصيل عن طريق انتشار الاهتزازات في الشبكة البلورية والحركة الفوضوية للإلكترونات الحرة.
العوازل والموصلات الحرارية
تنقل حالات المادة المختلفة الحرارة من خلال آليات مختلفة. المواد تسمى الموصلات على سبيل المثال ، هي تلك القادرة على نقل الحرارة مع الحجم الكبير يسهل - هو الحال مع معظم المعادن. المواد عوازل ، في المقابل ، هم أولئك الذين يعيقون مرور الحرارة ، مثل البوليسترين، أ ممحاة، ال خشب إلخ.
الاختلافات بين التوصيل والحمل الحراري والإشعاع
القيادة, الحمل و إشعاع هي الأشكال الثلاثة المختلفة لتكاثر الحرارة. النقطة المشتركة بين هذه العمليات الثلاث هي أنه يجب أن يكون هناك ملف فرقفيدرجة الحرارة بين أجسام مختلفة أو في نقاط مختلفة على نفس الجسم.
ال القيادة، كما قيل ، يحدث من خلال الاتصال المباشر بين الجزيئات ، والتي ، عند الاصطدام ، تنتقل الطاقة الحركية للجزيئات المجاورة لها. في هذا النوع من نقل الحرارة ، لا يوجد نقل مهم. الحمل الحراري ، بدوره ، يحدث حصريًا في السوائل وكذلك في القيادة، يحدث فقط في الوسائل المادية. الفرق بين التوصيل والحمل الحراري هو أنه يوجد في الحمل الحراري المواصلاتفيمعكرونة بواسطة التيارات الحملية. ال إشعاع و ال نقلفيالحرارة لكل موجات كهرومغناطيسيةلذلك ، يمكن أن تتم عملية نقل الحرارة هذه في فراغ.
تدفق الحرارة أو قانون فورييه
كمية الحرارة التي تنتقل بين نقطتين داخل الجسم ، كل ثانية ، تسمى تدفقفيالحرارة. يتعلق هذا المفهوم بمدى سرعة نقل الحرارة داخل الجسم. بعض المواد لديها قدرة كبيرة على انتقال الحرارةلذلك نقول إنها موصلة جيدة للحرارة ، لأنها قادرة على تبديدها بسرعة أكبر.
ا تدفقفيالحرارة، التي يتم تعريفها على أنها دالة للثابت k ، يتم قياسها بالواط (W) ، وفقًا لـ النظام الدولي للوحدات، ولكن يمكن قياسها أيضًا سعرات حراريهلكلثانيا. تدفق الطاقة هذا متناسب à فرقفيدرجة الحرارة بين نقطتين من الجسم ويتوافق مع كمية الطاقة التي تتدفق ، على شكل حرارة ، لكل متر مربع من السطح ، خلال فترة زمنية تبلغ ثانية واحدة.
ال معادلة تستخدم لحساب التوصيل الحراري ، والمعروف أيضًا باسم صيغة تدفق الحرارة أو قانونفيفورييه على النحو التالي:
Φ - تدفق الحرارة (كال / ث أو ث)
س - الحرارة (الجير أو J)
ر - فترات زمنية)
أ - المساحة (م² أو سم²)
تي2 و ت1 - درجة حرارة النقطتين 1 و 2 (K أو C)
ك - معامل التوصيل الحراري (J / s.m. K أو cal / s.cm.ºC)
ا معامل التوصيل الحراري (ك) يحدد ما إذا كان الجسم موصلًا جيدًا للحرارة أم لا. يتعلق هذا المعامل بعدد كبير من خصائص المادة ، مثل درجة الحرارة،حالةفيزيائي،نقاء،كثافة إلخ. أيضا ، توضح الصيغة أن كمية الحرارة س تتدفق عبر منطقة ال، خلال فترة زمنية ر، يتناسب مع اختلاف درجة الحرارة (تي2 - ت1) بين وجهي هذه المنطقة وأيضًا عكسيامتناسب لسمك والذي يفصل بينهما. نلاحظ الرسم البياني التالي الذي يوضح التوصيل الحراري في وسط صلب حسب المتغيرات المعروضة:
تمارين على التوصيل الحراري
السؤال رقم 1) خلال يوم مشمس ، تمر كمية كبيرة من الحرارة - حوالي 180 كالوري - عبر نوافذ سيارة متوقفة في الهواء الطلق لمدة 15 دقيقة. تحديد تدفق الحرارة عبر نوافذ هذه المركبة في هذه الحالة.
أ) 10000 كالوري / ثانية
ب) 2000 كالوري / ثانية
ج) 50 كالوري / ثانية
د) 300 كالوري / ثانية
هـ) 500 كالوري / ثانية
قالب: حرف الباء
القرار:
لحل هذا التمرين ، قم ببساطة بحساب كمية الحرارة التي تمر عبر نوافذ السيارة كل ثانية. يشاهد:
وفقًا للحسابات ، يمر حوالي 2000 سعرة حرارية عبر نوافذ السيارة كل ثانية ، وبالتالي فإن البديل الصحيح هو الحرف B.
السؤال 2) تحقق من البديل حيث يحدث التوصيل الحراري فقط:
أ) خلط الماء الساخن بالماء البارد.
ب) الورق المحروق بفعل أشعة الشمس المركزة بواسطة عدسة مكبرة.
ج) الحديد يحرق القميص.
د) بخار الماء لطهي الخضار.
قالب: حرف ج
القرار:
من بين العمليات المذكورة ، الأول هو نقل الحرارة بالحمل الحراري ؛ ثم لدينا إشعاع ، في الحرف B ؛ القيادة ، في الحرف C ؛ أخيرًا ، في البديل الأخير ، الحمل الحراري مرة أخرى. لذلك ، البديل الصحيح هو الحرف C.
بواسطة M.e Rafael Helerbrock
مدرس الفيزياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/conducao-termica.htm
