هنا

[† ذلفاء †]

أمثلة على تيارات الحمل الحراري أحد الأمثلة الواسعة الانتشار على الحمل الحراري تسخين الماء، فعند وضع وعاء به ماء تحت النار، يسخن الوعاء وتنتقل حرارته بالتوصيل إلى الماء الملاصق له، فيحدث أن ترتفع حرارة الماء فيتمدد وتنخفض كثافته، فتصبح أقل من كثافة الماء في الأجزاء الأخرى من الوعاء، وهذا يدفع الماء الساخن إلى الأعلى ليحل مكانه ماء بارد، وتبقى تيارات الماء الصاعدة والهابطة إلى أن يغلى الماء بالإناء. التدفئة المركزية: التيارات تحدث للهواء المحيط بالمشعاع، يسخن فيصعد مبتعداً عن المشعاع ويحل مكانه هواء جديد له درجة حرارة أقل. حساب معدل انتقال الطاقة بالحمل الحراري يتم احتساب معدل انتقال الطاقة بالمعادلة الآتية: Q=Hc×A×∆T لرمز الوصف Hc معامل الحمل الحراري: هو معدل الطاقة الحرارية المنقولة عبر سطح مساحته (1)م2، بتأثير فرق في درجات الحرارة مقداره درجة سيلسيوس واحدة بوحدة واط/م2س A مساحة سطح التبادل ∆T الفرق في درجات الحرارة بين سطح التلامس والمائع العوامل المؤثرة على الطاقة المنقولة بالحمل الحراري الفرق في درجة الحرارة بين المنطقة التي تنقل الطاقة منها والمنطقة التي تنقل إليها. مساحة سطح التبادل. الخصائص الفيزيائية للمائع. سرعة المائع و نوع حركته هادئة أم مضطربة. شكل السطح هل هو دائري، مستوٍ، أو مائل. الإشعاع الحراري هي إحدى طرق انتقال الطاقة الحرارية في المواد، تحدث بشكل بجميع انواع المواد. وهذه العملية تصف الطاقة المنبعثة من المادة في الفراغ أو في وسط شفاف سواء كان صلباً أو مائعاً على شكل فوتونات وموجات كهرومغناطيسية. آلية عمل الإشعاع الحراري عند ارتفاع درجة حرارة المادة، تتحرر الذرات والجزيئات في المادة، فتتحرك وتصطدم ببعضها، ولأن جزيئات المادة التي هي الإلكترونات والبروتونات تحمل شحنات، فان حركتها تحدث إشعاعاً كهرومغناطيسياً، يسير بخطوط مستقيمة ويحمل جزء من طاقة الذرة مبتعداً بها عنها، ترتفع كفاءة الإشعاع مع ارتفاع درجة الحرارة. والإشعاع عملية مستمرة لفقد الطاقة من سطح الجسم ،ويحدث على جميع الأجسام، وفي حال اصطدام الأشعة بجسم فإن الجسم يمتص جزء منها وتتحول داخله إلى حرارة. وقدرة الجسم على امتصاص الإشعاع تعرف بـ (عامل الامتصاص). خصائص الطاقة الحرارية المنقولة بالإشعاع موجات الإشعاع الحراري تنتقل في الفراغ بسرعة الضوء، بالتالي تعتبر أسرع طريقة في الانتقال الحراري مقارنة مع التوصيل والحمل الحراري. الإشعاع الحراري يسير في خطوط مستقيمة. لا يمكن لجسم أن يمتص كامل الطاقة الإشعاعية أي بكفاءة تصل إلى 100%، حيث أن جزء من الحرارة يمتص والآخر ينعكس وإذا كان الجسم شفافاَ فإن جزء من الأشعة يخترق الجسم ويخرج. من الممكن استغلال الإشعاع الحراري في إنتاج كل من الحرارة والطاقة، وليس كما في الحرارة الناتجة عن التوصيل أو الحمل الحراري، ويتم ذلك عن طريق تركيز الإشعاع الحراري باستخدام مرايا وتجميعه في نقطة معينة، تماماً كما في الخلايا الشمسية، وهذا يساعد في عمليات تسخين المياه أو توليد الكهرباء في حال تسليطها على محركات. لموجات الإشعاع الحراري خواص الانكسار والانعكاس كما في موجات الضوء. تخضع الأشعة الحرارية لنفس القوانين التي تخضع لها الأشعة الضوئية من حيث: قانون التربيع العكسي كما في موجات الضوء، حيث أن شدة الإضاءة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة من مصدر الإشعاع. قوانين الاستقطاب، وهي إحدى الظواهر الفيزيائية التي تنفصل فيها الشحنات الموجبة عن الشحنات السالبة داخل المادة. قوانين الحيود، وهي انتشار الموجة بعد مرورها بممر ضيق، مثل فتحة أو حافة عائق. يمكن تقريب الفكرة من خلال تشبيها بانتشار الماء الخارج من الخرطوم، وهذا ما يحدث للموجة الضوئية والموجة الإشعاعية. قوانين التداخل، أي أن تتداخل الموجات معاً، فإما أن تقوي بعضها أو أن يضعف بعضها البعض الآخر. التطبيقات العملية على الانتقال الحراري بالإشعاع أكبر مثال على طاقة الإشعاع هو الطاقة الشمسية على الأرض، ومن التطبيقات العملية التي استخدمها الإنسان لزيادة الاستفادة من الطاقة الشمسية: الخلايا الشمسية: التي تعمل على امتصاص الطاقة الإشعاعية للشمس، وتحويلها إلى طاقة حرارية أو كهربائية. البيوت البلاستيكية المستخدمة في الزراعة: التي يمكن وصف آلية عملها برفع درجة الحرارة داخل البيت البلاستيكي مقارنة مع المحيط الخارجي، وذلك من خلال اختراق الأشعة لتلك البيوت وامتصاصها من قبل النباتات وتحويلها إلى حرارة في نفس النبتة، الآن النبتة تشع أشعة تحت حمراء لا تخترق البيت البلاستيكي وتحاصر بداخله. قانون ستيفان بولتزمان وهو القانون الذي يصف معدل التدفق الحراري للطاقة الإشعاعية، وينص على أن الطاقة المنبعثة من الجسم الأسود لكل وحدة مساحة تتناسب مع القوة الرابعة لدرجة حرارة الجسم. الجسم الأسود: هو الجسم الذي يمتص كل الطاقة الإشعاعية الساقطة عليه، ويشعها باستمرار . أفضل مثال على الجسم الأسو،د فجوة في جدار، فعند دخول أي إشعاع إليها فإنه يتعرض إلى عدة انعكاسات داخل تلك الفجوة فيفقد كل طاقته خلال الانعكاسات المتتالية داخل الفجوة، بالتاي فإن معامل الامتصاص للجسم الأسود يساوي واحد، ومعامل انعكاسه يساوي الصفر، ويوصف قانون ستيفان بالمعادلة التالية: Q=ε×σ×Τ4، بحيث: الرمز الوصف T درجة الحرارة بمقياس الكلفن. ε معامل الانبعاث σ ثابت ستيفان وقيمته 5.67 10-8X واط* م2 . ح4 مصطلحات وتعريفات اتزان الموصلية الحرارية: Steady state conduction: الحالة التي تصلها المادة فيكون معدل التوصيل والتدفق الحراري من الطرف الساخن إلى الطرف البارد ثابتاً. الانتشار: حركة عشوائية للجزيئات. البلازما: حالة مميزة للمادة توصف على أنها غاز متأين تكون فيه الإلكترونات حرة وغير مرتبطة بالذرة أو بالجزيء. التوصيل الانتقالي Transit conduction: يحدث عندما تتغير حرارة المادة مع مرور الوقت، تحليل هذا النوع من الانتقال الحراري معقد جداً ولا يمكن إتمامه بدون أجهزة كمبيوتر. الجول: وحدة قياس الطاقة ووحدة قياسها تعادل كيلوجرام . م 2 /ثانية. 2. الكالوري: أيضاً وحدة لقياس الطاقة الحرارية، تعرف بكمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد جرام من الماء درجة مئوية واحدة، ا كالوري = 1.481 جول. الفوتون: هو جزيء الضوء وهو الممثل لجميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. المائع: الاسم العام للغازات والسوائل، من صفاتها أنها لا تحافظ على شكلها، وقوة التماسك بين جزيئاتها ضعيفة والمسافات بينها كبيرة. درجة الحرارة: مقياس لمدى برودة أو سخونة جسم معين، بالنسبة لنقطة مرجعية، ووحدات قياسها هي السيلسيوس أو الكلفن (الحرارة المطلقة)، أو الفهرنهايت. قانون الديناميكا الحرارية: هو العلم الذي يهتم بدراسة خواص الانتقال الحراري للطاقة، من الطاقة الحرارية إلى ميكانيكية أو كهربائية. محلول ممغنط: محلول من مبلمرات يحتوي على جزيئات بمقياس النانو من المغناطيس. معامل الامتصاص: النسبة بين كمية الحرارة الممتصة إلى كمية الحرارة الساقطة . مقاومة التلامس الحراري Thermal contact resistance: الأسطح الصلبة المتلامسة يحدث بينها مقاومة للاتصال الحراري نتيجة عدم الالتصاق الكامل بينها على المستوى الذري، هنا الانتقال الحراري لا تصل كفاءته إلى 100%. نظرية الموصلية الحرارية النسبية: هي نظرية تحاول إعطاء وصف للتوصيل الحراري، وتتماشى في مفاهيمها مع النظريات الأخرى مثل نظرية ميكانيكا الكم، والقانون الثاني للديناميكية، والنظرية النسبية الخاصة، وأهم ما يميزها نسفها للتناقضات الحاصلة في نظرية الديناميكا الحرارية، وهي التي توضح أن انتشار الحرارة يحدث بسرعة متناهية. علم الديناميكا للموائع: أحد فروع الديناميكا الحرارية والذي يختص بدراسة خصائص الموائع أثناء الحركة. اقرأ: طرق انتقال الحرارة