الفرق بين التوصيل

عندما يتم نقل الطاقة الحرارية من نظام إلى آخر من خلال تشتت الحرارة ، فإن هذه الظاهرة تسمى انتقال الحرارة.

يمكن القيام بذلك بثلاث طرق - التوصيل والحمل والإشعاع.

التوصيل مقابل الحمل الحراري مقابل الإشعاع

ال الفرق بين التوصيل والحمل والإشعاع يدور حول كيفية نقل الحرارة من منطقة ذات طاقة حركية أعلى إلى منطقة ذات طاقة حركية منخفضة. في التوصيل ، يحدث هذا من خلال الاتصال الجسدي المباشر بين جسمين. من ناحية أخرى ، يحدث الحمل الحراري عندما تنتقل الحرارة من خلال حركة الجزيئات. لا يتطلب الإشعاع اتصالًا جسديًا بين جسمين مثل الطرق الأخرى.

جدول المقارنة بين التوصيل والحمل والإشعاع (في شكل جدولي)

معلمة المقارنة	التوصيل	الحمل	إشعاع
تعريف	عملية انتقال الحرارة بين الأجسام من خلال الاتصال الجسدي المباشر.	عملية انتقال الحرارة عبر وسط سائل مثل السوائل أو الغاز.	عملية انتقال الحرارة عبر الموجات الكهرومغناطيسية.
طريقة	تنتقل الحرارة بسبب الاصطدام الجزيئي عندما تتلامس المواد الصلبة مع بعضها البعض.	يتم نقل الحرارة عن طريق تدفق السوائل.	تنتقل الحرارة من خلال الإشعاع المنبعث من الأجسام دون الحاجة إلى وسيط.
سبب	تنتقل الحرارة من منطقة ذات درجة حرارة عالية إلى منطقة ذات درجة حرارة منخفضة.	تنتقل الحرارة من منطقة منخفضة الكثافة إلى منطقة عالية الكثافة.	الطاقة المنبعثة من الأجسام من خلال الحركات الدورانية والاهتزازية للذرات والجزيئات.
متوسط	المواد الصلبة الساخنة.	مادة تدخلية مثل السوائل.	موجات كهرومغناطيسية.

ما هو التوصيل؟

تسمى عملية نقل الحرارة من خلال الاتصال المباشر بين جسمين التوصيل.

عندما تمتص جزيئات جسم واحد الطاقة الحرارية فإنها تبدأ في التحرك بسرعة وأثناء القيام بذلك ، فإنها تتلامس مع الأجسام المجاورة ويحدث نقل للطاقة.

لكي يحدث التوصيل ، يجب مراعاة بعض العوامل.

الأول هو تدرج درجة الحرارة وهو وصف الاتجاه الذي تتدفق فيه الحرارة ومعدل الانتقال. تستمر عملية التوصيل من مصدر ساخن إلى مصدر بارد (أو مصدر يفتقر إلى الطاقة الحرارية) حتى يصل كلا الجسمين إلى حالة من التوازن الحراري.

عامل مهم آخر هو حجم الأشياء المعنية. تتطلب الأجسام الكبيرة مزيدًا من الحرارة ليتم تسخينها ولكنها في نفس الوقت تفقد الحرارة بشكل أسرع. هذا لأنه كلما كانت مساحة سطحها أكبر ، كلما تلامست مع الهواء الطلق. يجب أيضًا مراعاة الخصائص الفيزيائية للأشياء.

إذا كنت تستخدم ملعقة خشبية أثناء الطهي ، ستلاحظ أن الملعقة لا تسخن. هذا لأن الخشب موصل سيء.

ومع ذلك ، إذا كنت ستستخدم ملعقة معدنية ، فسيتم نقل الحرارة إليها بسرعة كبيرة لأن المعدن موصل جيد. تسمى الموصلات الضعيفة أيضًا عوازل. تمنع الطاقة من التدفق بعيدًا عن المصدر.

على سبيل المثال ، تستطيع الدببة القطبية البقاء على قيد الحياة في مناطق القطب الشمالي لأن فروها يعمل كعازل يحبس الحرارة داخل الجسم.

ما هو الحمل؟

عندما تحدث حركة كتلة مائع بسبب تحرك المائع الساخن بعيدًا عن مصدر الحرارة ، فإنه يحمل الطاقة معه. هذا أيضًا شكل من أشكال نقل الحرارة ويسمى الحمل الحراري.

تحدث هذه العملية لأن الحرارة تقلل من كثافة السوائل مثل الهواء والماء. يؤدي فقدان الكثافة إلى ارتفاع السائل وبالتالي إنشاء تيارات حرارية يمكنها نقل الطاقة.

مع ارتفاع طبقات السائل الساخنة ، تنخفض الطبقات الباردة التي لا تزال تحتفظ بكثافتها نحو مصدر الحرارة حتى تسخن وتبدأ في الارتفاع.

هناك نوعان من الحمل الحراري - عفوي وإجباري. في الحالة الأولى ، يحدث الحمل الحراري بشكل طبيعي بسبب الطفو. يؤدي الاختلاف في درجة الحرارة إلى اختلاف في الكثافة.

على سبيل المثال ، عندما تقوم حرارة الشمس بتسخين الأرض ، يمتص البحر معظم الطاقة ولكن الأمر يستغرق وقتًا أطول ليصبح دافئًا مقارنة بالأرض.

لذلك يفقد الهواء فوق الأرض الكثافة بشكل أسرع مما يؤدي إلى إنشاء منطقة منخفضة الضغط فوق المناطق الساحلية. لكن المنطقة الواقعة فوق البحر بها ضغط أعلى مما يجعل الهواء يتحرك من منطقة الضغط العالي إلى منطقة الضغط المنخفض أي من البحر إلى الأرض.

هذا هو السبب في أن النسيم بالقرب من البحر يكون أقوى بشكل عام. يحدث الحمل القسري باستخدام مصدر خارجي مثل المروحة أو السخان. إنه مرتبط بقانون نيوتن لتبريد المعادلة التي تكون على النحو التالي:

P = dQ / dt = hA (T-T₀)

هنا P = dQ / dt هو معدل انتقال الحرارة. h هو معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري. أ هي مساحة سطح المادة المعرضة.

تشير T إلى درجة حرارة الجسم في السائل و T₀ يشير إلى درجة حرارة السائل المصنوع للخضوع لعملية الحمل الحراري.

ما هو الاشعاع؟

على عكس التوصيل والحمل الحراري اللذين يتطلب كلاهما اتصالًا جسديًا فعليًا بين جسمين ، فإن الإشعاع هو انتقال الحرارة الذي يحدث حتى عندما لا تتلامس الأجسام أو تنفصل في الفضاء.

يتكون كل شيء في الكون من ذرات تشكل معًا جزيئات. يضمن دوران الذرات والجزيئات واهتزازها أن تستمر جميع المواد في إصدار الطاقة من خلال الإشعاع الكهرومغناطيسي.

تنخفض الإلكترونات ذات الطاقة العالية عند المستويات الذرية العالية إلى مستويات تقل فيها الطاقة. مهما كانت الطاقة المفقودة على طول الطريق تنبعث كإشعاع كهرومغناطيسي.

عندما تمتص الذرة الطاقة ، ترتفع إلكتروناتها إلى مستويات طاقة أعلى. لذلك عندما يتم موازنة معدل امتصاص الطاقة بمعدل انبعاثها ، فإن درجة حرارة المادة لن تتغير.

إذا كانت الأولى أكبر من الثانية ، سترتفع درجة الحرارة وإذا كانت أقل ، ستنخفض درجة الحرارة أيضًا.

من الأمثلة الشائعة لانتقال الحرارة من خلال الإشعاع الشمس. لا يتلامس مع أي من الكواكب الأخرى ولا يوجد وسط فيزيائي لنقل الحرارة.

ومع ذلك فنحن قادرون على الشعور بدفئها بسبب الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي ينبعث منه والذي يسمح لأشعةها بالوصول إلى الأرض.

الاختلافات الرئيسية بين التوصيل والحمل والإشعاع

استنتاج

يعتبر التوصيل والحمل الحراري والإشعاع مفاهيم مهمة في دراسة الديناميكا الحرارية.

ببساطة ، الحرارة التي تنتقل من جسم ساخن أو منطقة ساخنة إلى جسم بارد في المنطقة هي التوصيل.

تنتقل الحرارة من خلال حركة التيارات السائلة بالحمل الحراري ويتم نقل الحرارة من خلال الموجات الكهرومغناطيسية دون أي وسيط هو الإشعاع.

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0142727X94000144
2. https://asmedigitalcollection.asme.org/heattransfer/article-abstract/85/4/318/414710