انتقال الطاقة الحرارية
| English | العربية |
|---|---|
| conduction/kənˈdʌkʃn/ | التوصيل |
| convection/kənˈvekʃn/ | الحمل |
| radiation/ˌreɪdɪˈeɪʃn/ | الإشعاع |
| insulators/ˈɪnsjuːleɪtəz/ | العوازل |
| infrared/ˌɪnfrəˈred/ | الأشعة تحت الحمراء |
| emitter/ɪˈmɪtə/ | المُرسِل |
ثلاث طرق ينتقل بها الحرارة
- ملعقة معدنية تُترك في حساء ساخن تحرق يدك قريباً.
- ومع ذلك، الشمس تدفئك عبر ملايين الكيلومترات من الفضاء الفارغ.
- الطاقة الحرارية تتدفق دائماً من الحار إلى البارد — بثلاث طرق: التوصيل والحمل والإشعاع.
مختبر نقل الحرارة
قارن الطرق التي تنتقل بها الطاقة الحرارية.
التوصيل
- التوصيل ينقل الطاقة عبر مادة دون تحرك المادة نفسها.
- الجسيمات المسخنة تهتز أكثر وتنقل الطاقة لجيرانها.
- المعادن أفضل الموصلات: إلكتروناتها الحرة (غير الم localization) تنقل الطاقة بسرعة.
- العوازل (الهواء، الخشب، البلاستيك) توصل بشكل سيء — ولهذا السبب نستخدمها للحفاظ على الدفء.
التوصيل: جسيمات مهتزة تنقل الطاقة عبر قضيب معدني
لماذا تُعدّ المعادن موصلةً جيدة للطاقة الحرارية؟
المعادن تحتوي على إلكترونات حرة (متوضعة) تتحرك خلال المعدن وتنقل الطاقة بسرعة من الطرف الساخن إلى الطرف البارد.
الحمل
- الحمل يحدث في السوائل والغازات.
- السائل المسخن يتمدد، يصبح أقل كثافة، ويرتفع؛ السائل البارد والأكثر كثافة ينخفض ليحل محله.
- هذه الدورة هي تيار الحمل — ينقل الطاقة حول السائل.
- لا يمكن أن يحدث في مادة صلبة، لأن الجسيمات لا تستطيع التحرك من مكان لآخر.
في الحمل الحراري، يرتفع السائل المسخن لأنه أصبح:
يجعل التسخين السائل يتمدد، فيصبح أقل كثافةً ويطفو للأعلى؛ بينما ينخفض السائل البارد الأكثر كثافةً ليحل محله.
يمكن أن يحدث الحمل الحراري في الجسم الصلب.
الحمل الحراري يتطلب حركة الجسيمات من مكان لآخر، لذلك يحدث فقط في السوائل والغازات — وليس في المواد الصلبة.
الإشعاع
- الإشعاع الحراري هو طاقة تُحمل بواسطة موجات تحت حمراء.
- كل الأجسام تشع به، ولا يحتاج إلى مادة — يمكنه عبور الفضاء الفارغ (بهذا الطريقة تصل طاقة الشمس إلينا).
- السطح الداكن غير اللامع هو مشع جيد وممتص جيد للأشعة تحت الحمراء.
- السطح اللامع الأبيض مشع سيء وعاكس جيد — ولهذا السبب خزانات المياه الساخنة والمركبات الفضائية غالباً ما تكون لامعة.
السطح الداكن غير اللامع يشع (ويمتص) الأشعة تحت الحمراء أفضل بكثير من السطح اللامع الأبيض
أي طريقة من طرق نقل الحرارة يمكنها السفر عبر الفراغ (الفراغ)؟
الإشعاع يُحمل بواسطة موجات تحت الحمراء، التي لا تحتاج إلى مادة — لذا تصل طاقة الشمس إلينا عبر الفراغ.
صل كل طريقة من طرق نقل الحرارة بكيفية عملها.
يعمل التوصيل عبر المادة؛ وينقل الحمل الحراري السائل نفسه في تيار؛ بينما الإشعاع هو موجات تحت حمراء لا تحتاج إلى مادة.
أي سطح هو الأفضل لإشعاع الطاقة الحرارية؟
الأسطح السوداء غير اللامعة هي الأفضل إشعاعاً (امتصاصاً) لأشعة تحت الحمراء؛ والأسطح اللامعة الفاتحة هي سيئة الإشعاع وجيدة الانعكاس.
لقد فهمت الأمر
- الطاقة الحرارية تتدفق دائماً من الحار إلى البارد
- التوصيل: عبر مادة، من جسيم إلى آخر؛ المعادن الأفضل (إلكترونات حرة)
- الحمل: السائل الدافئ يرتفع، البارد ينخفض — تيار؛ لا يحدث في المواد الصلبة
- الإشعاع: أشعة تحت حمراء، لا تحتاج مادة؛ داكن غير لامع = أفضل مشع/ممتص