طرق انتقال الحرارة - الحمل الحراري
بسم الله الرحمن الرحيم
تنتقل الحرارة من جسم الى اخر او من حيز الى غيره باحد ثلاث طرق:
الاول: الانتقال الحراري بالتوصيل, حيث تنتقل الحرارة بفعل اتصال الجسمين مع بعضهما البعض, فتنتقل الحرارة من الجسم الحار الى الجسم البارد.
الثاني: الانتقال بالحمل الحراري (Convection), وهو موضوع اليوم, حيث ان المادة المحملة بالحرارة ـ وعادة ما تكون احدى الموائع ـ تنتقل من حيز الى اخر, كما سيأتي تفصيل ذلك.
الثالث: انتقال الحرارة بالاشعة. اذ تنتقل الحرارة ـ دون المادة وبدون توصيل ـ من حيز الى اخر. كما تمدنا الشمس بالدفئ والحرارة .
لنفترض اننا وجهنا تيار هوائي بارد على سطح جسم حار.
فان الحرارة تنتقل اولا الى الهواء الملاصق للجسم الحار. ويتم ذلك عن طريق التوصيل الحراري. ثم يقوم الهواء بحمل الحرارة بعيدا عن سطح ذلك الجسم الى منطقة اقل حرارة . وهذا يعني ان الحرارة تنتقل بنوعين: التوصيل والذي يتم بفضل اتصال جزيئات الهواء بالجسم الحار, وبحمل الهواء للحرارة والذي يتم بفعل دورة حركة الهواء. حيث ان الهواء المحمل بالحرارة ينتقل الى منطقة اقل حرارة ليحل محله الهواء البارد.
ان نقل الحرارة ما بين الجسم الصلب والمائع, سواء كان سائلا ام غازيا, لا يتم دون ان تكون هناك حركة لدى المائع. وكلما ازدادت سرعة الحركة كلما كان الانتقال الحراري اسرع واكبر.
كما ان الحمل الحراري يمكن ان يكون على نوعين:
الاول: اذا ما اجبر المائع على التدفق فوق سطح الجسم الحار بوسائل خارجية مثل تحريك الماء او استخدام المضخات لزيادة سرعة حركته, او استخدام المراوح الهوائية, او حتى بفعل حركة الرياح, فان الحمل هنا يسمى بالحمل القسري ( Forced convection)
الثاني: وهو ان تكون حركة المائع ناتجة عن قوى الطفو التي تحدثها اختلاف الكثافة بسبب اختلاف درجة الحرارة. فكلما ارتفعت حرارة المائع كلما قلت كثافته وسهل حمله الى الاعلى ليحل محله المائع البارد ذو الكثافة العالية. وهذا النوع يسمى بالحمل الطبيعي ( Natural Convection).
ولعل اوضح مثال على الحمل الحراري هو ما يحدث في الجو من تغير في درجات حرارة في مياه الارض من بحار وغيرها. فكلما ارتفعت حرارة المياه كلما ارتفعت ـ على شكل بخار ـ الى طبقات اعلى من الجو, ليتم تبريدها واعادتها مجددا الى الارض على شكل امطار.
قد يتصور البعض ان الحمل ـ ونتيجة لارتباطه بحركة الموائع ـ قد يكون عشوائيا. ولكن الصحيح غير ذلك, فالحمل الحراري متناسب مع الفرق في درجات الحرارة. لذلك وضع العالم الانكليزي اسحاق نيوتن قانونا لحساب الطاقة المنتقلة مع الحرارة, اطلق على هذا القانون اسم "قانون نيوتن للتبريد". وينص القانون على :
Q=h*A*(T1-T2)
حيث ان A مساحة سطح الجسم الذي يتعرض للحمل الحراري. و T1 درجة حرارة ذلك السطح, في حين ان T2 درجة حرارة الفضاء المحيط بذلك الجسم.
بينما h تشير الى متغير نقل الحرارة. وتعتمد قيمتها على عدة عوامل يمكن ان تؤثر على النقل الحراري, مثل الشكل الهندسي لسطح الجسم الحار وخصائص المائع وسرعة حركته.
نلتقي بموضوع اخر من الانتقال الحراري
رد مع اقتباس
