متى يحدث التوصيل الحراري
عندما يحدث التوصيل الحراري بين أنواع مختلفة من المادة، حيث أن الانتقال من جسم إلى آخر هو أمر شائع بين ذرات من مادة مختلفة، وبدون هذه الظاهرة لكانت جميع الأجسام تحافظ على درجة حرارتها دون تغيير، لأن الجليد المتجمد يبقى متجمدًا إلى الأبد والماء الساخن يبقى ساخنًا أيضًا.
ما هي ظاهرة التوصيل الحراري؟
طريقة التوصيل الحراري هي واحدة من ثلاث طرق لتبادل الطاقة الحرارية، وهناك أيضًا الحمل الحراري والإشعاع، وتشير ظاهرة التوصيل الحراري في مادة ما إلى قدرة ذرات أو جزيئات مادة معينة على توصيل الحرارة أو نقلها إلى أجسام أخرى. . يُعرف التبادل لمقدار التوصيل الحراري بالمقاومة الحرارية، حيث تُستخدم مواد الموصلية الحرارية العالية كمشتتات للحرارة، بينما تُستخدم المواد ذات قيم التوصيل الحراري المنخفضة كعوازل حرارية. ينص قانون فورييه للتوصيل الحراري على أن المعدل الذي تنتقل به الحرارة من خلال مادة ما يتناسب مع التغير السلبي في درجة الحرارة، ويتناسب أيضًا مع المنطقة التي تتدفق من خلالها الحرارة، ويمكن التعبير عن الشكل التفاضلي لهذا القانون من خلال ما يلي معادلة:
ف = -k.∇T
حيث ∇T هي مقدار التغير في درجة الحرارة، -k هو ثابت التبادل الحراري و q هو مقدار التوصيل الحراري.
متى يحدث التوصيل الحراري؟
متى يحدث التوصيل الحراري؟ في جميع حالات المادة، صلبة أو غازية أو سائلة، حيث يتم تبادل الطاقة الحرارية من الجسم عند درجة حرارة أعلى إلى الجسم عند درجة حرارة منخفضة، بهدف تقريب الجسمين في الحرارة من بعضهما البعض، والتوصيل الحراري من مادة مرتبطة بعدة عوامل، لعل أهمها درجة الحرارة والتباين الحراري وطبيعة المادة ودرجة النقاء.
عوامل التوصيل الحراري في المادة
تتغير قيمة ثابت التوصيل مع تغير العديد من العوامل ومن أهم العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري هي:
- طبيعة المادة: في المعادن، ترتبط ظاهرة التوصيل الحراري للمعادن بوجود إلكترونات حرة والتوصيل الحراري في المعادن يتناسب مع درجة الحرارة المطلقة والتوصيل الكهربائي، وفي أنواع أخرى من المادة، الموصلية الحرارية للغير – تنسب المعادن إلى اهتزازات ذرات المادة.
- الحالة الكيميائية للمادة: عندما تتغير حالة المادة، على سبيل المثال من الحالة الصلبة إلى السائلة، كما هو الحال في الجليد، تتغير الموصلية الحرارية لهذه المادة.
- تباين الخواص الحرارية: حيث تؤدي الاختلافات في اقتران الفوتون في البلورات إلى قيم توصيل حراري مختلفة في بعض المواد، يشير وجود تباين حراري إلى أن الاتجاه الذي تتدفق فيه الحرارة قد لا يكون هو نفسه اتجاه تدرجات درجة الحرارة.
- الموصلية الكهربائية في المعادن: من خلال قانون فرانز الذي يشرح العلاقة بين الموصلية الكهربائية والتوصيل الحراري، وينطبق فقط على المعادن، حيث لا تتأثر الموصلية الحرارية للمواد غير المعدنية نسبيًا بالتوصيل الكهربائي.
- تأثير المجالات المغناطيسية: يصف قانون Maggie-Reggie-Leduc التغيير في الموصلية الحرارية للمادة عند وضعها في مجال مغناطيسي، مع ملاحظة تدرج درجة الحرارة عند تطبيق المجالات المغناطيسية.
- نقاوة النظائر: يؤثر نقاوة نظير مادة ما على ظاهرة انتقال الحرارة فيه، حيث يُلاحظ أن بعض أنقى النظائر لها موصلية حرارية أفضل من المواد التي تحتوي على شوائب.
في الختام، تمت الإجابة على السؤال عن موعد حدوث التوصيل الحراري، ووجد أن الإجابة في جميع حالات المادة، سواء كانت صلبة، أو غازية، أو سائلة، وحتى بلازما.تم تعريفها، وتم شرح قانونها، والعوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري لمادة مذكورة.
