مقدمة لنقل الحرارة: كيف نقل الحرارة؟

ما هي الحرارة؟ كيف يتم نقل الحرارة؟ ما هي الآثار المترتبة على انتقال الحرارة من جسم إلى آخر؟ إليك ما تحتاج إلى معرفته:

تعريف نقل الحرارة

انتقال الحرارة هي عملية يتم من خلالها نقل الطاقة الداخلية من مادة إلى مادة أخرى. الديناميكا الحرارية هي دراسة نقل الحرارة والتغيرات التي تنتج عنها. فهم نقل الحرارة أمر بالغ الأهمية لتحليل أ عملية الحرارية، مثل تلك التي تحدث في المحركات الحرارية والمضخات الحرارية.

أشكال نقل الحرارة

تحت النظرية الحركية ، فإن الطاقة الداخلية من مادة يتم إنشاؤها من حركة الذرات الفردية أو الجزيئات. طاقة حرارية هو شكل الطاقة الذي ينقل هذه الطاقة من جسم أو نظام إلى آخر. يمكن أن يحدث هذا النقل الحراري بعدة طرق:

  • التوصيل هو عندما تتدفق الحرارة من خلال مادة صلبة ساخنة خلال الحرارة الحالية تتحرك من خلال المواد. يمكنك مراقبة التوصيل عند تسخين عنصر الموقد أو قطعة من المعدن ، والذي ينتقل من الأحمر إلى الأبيض الساخن.
  • الحمل الحراري هو عندما تنقل الجسيمات الساخنة الحرارة إلى مادة أخرى ، مثل طهي شيء في الماء المغلي.
  • إشعاع هو عندما يتم نقل الحرارة من خلال الموجات الكهرومغناطيسية ، مثل من الشمس. يمكن للإشعاع نقل الحرارة من خلال مساحة فارغة ، في حين أن الطريقتين الأخريين تتطلب بعض شكل من أشكال الاتصال في المسألة بشأن النقل.

من أجل أن تؤثر مادتان على بعضهما البعض ، يجب أن تكونا فيهما الاتصال الحراري مع بعض. إذا تركت فرنك مفتوحًا أثناء تشغيله ووقفت أمامه عدة أقدام ، فأنت على اتصال حراري بالفرن ويمكن أن تشعر بالحرارة التي ينتقل إليك (عن طريق الحمل الحراري عبر الهواء).

بطبيعة الحال ، بطبيعة الحال ، لا تشعر بالحرارة من الفرن عندما تكون على بعد عدة أقدام وهذا بسبب وجود الفرن العزل الحراري للحفاظ على الحرارة داخلها ، وبالتالي منع الاتصال الحراري مع الخارج من الفرن. هذا بالطبع ليس مثاليًا ، لذا إذا كنت واقفًا بالقرب منك ، فإنك تشعر ببعض الحرارة من الفرن.

توازن حراري هو عندما يقوم عنصران على اتصال حراري بنقل الحرارة بينهما.

آثار نقل الحرارة

التأثير الأساسي لنقل الحرارة هو أن جزيئات أي مادة تصطدم بجزيئات مادة أخرى. عادة ما تفقد المادة الأكثر حيوية الطاقة الداخلية (أي "تهدئة") بينما تكتسب المادة الأقل حيوية الطاقة الداخلية (أي "تسخين").

إن التأثير الأكثر وضوحًا لهذا في حياتنا اليومية هو انتقال المرحلة ، حيث تتغير المادة من واحدة حالة المسألة لآخر ، مثل كما ذوبان الجليد من مادة صلبة إلى سائلة حيث تمتص الحرارة. يحتوي الماء على طاقة داخلية أكبر (أي جزيئات الماء يتحرك بشكل أسرع) مما كان عليه في الجليد.

بالإضافة إلى ذلك ، العديد من المواد تمر إما التمدد الحراري أو الانكماش الحراري لأنها تكتسب وتفقد الطاقة الداخلية. غالبًا ما تتوسع المياه (وغيرها من السوائل) أثناء تجميدها ، وهو ما اكتشفه أي شخص وضع شرابًا مع غطاء في الثلاجة لفترة طويلة جدًا.

السعة الحرارية

ال السعة الحرارية يساعد الكائن في تحديد كيفية استجابة درجة حرارة الكائن لامتصاص الحرارة أو نقلها. السعة الحرارية ويعرف باسم التغير في الحرارة مقسوما على التغير في درجة الحرارة.

قوانين الديناميكا الحرارية

يسترشد نقل الحرارة ببعض المبادئ الأساسية التي أصبحت معروفة باسم قوانين الديناميكا الحرارية، والتي تحدد كيفية ارتباط نقل الحرارة بالعمل الذي يقوم به نظام ما وتضع بعض القيود على ما يمكن أن يحققه النظام.

حررت بواسطة آن ماري هيلمنستين ، دكتوراه