يشير مصطلح الحرارة النوعية إلى المقدار الإجمالي للطاقة الحرارية التي تحتاجها وحدة واحدة من أي مادة لزيادة درجة حرارتها بمقدار 1 درجة مئوية. من ناحية أخرى ، الموصلية الحرارية هي قدرة مادة معينة على نقل أو توصيل الطاقة الحرارية من خلالها.
الحرارة النوعية مقابل التوصيل الحراري
يتمثل الاختلاف بين الحرارة النوعية والتوصيل الحراري في أن الحرارة النوعية تشير إلى كمية الطاقة الحرارية التي تتطلبها مادة ما (1 جم أو 1 كجم نموذجيًا) من أجل رفع درجة حرارتها بمقدار 1 درجة مئوية ، في حين أن الموصلية الحرارية هي مقياس للمعدل التي تمر فيها الطاقة الحرارية عبر مادة معينة.
يتم قياس الحرارة النوعية بشكل عام بالسعرات الحرارية أو الجول لكل جرام لكل درجة مئوية. من حين لآخر ، فإن نسبة السعات الحرارية المحددة لمادة ما عند درجة حرارة معينة إلى تلك الخاصة بمادة مرجعية عند درجة حرارة مرجعية تسمى أيضًا بالحرارة النوعية. الصيغة لحساب الحرارة النوعية هي:
ج = ΔQ م ΔT
أين
ج تشير إلى حرارة معينة لمادة ما
ΔQ يشير إلى الحرارة المكتسبة أو المفقودة من المادة ،
م تشير إلى كتلة المادة ، و
ΔT يشير إلى التغير في درجة حرارة المادة.
الموصلية الحرارية هي إحدى العمليات الثلاث لنقل الحرارة ، والتوصيل ، والإشعاع. وحدتها هي واتس لكل متر كلفن. تعتمد الموصلية الحرارية على بعض العوامل مثل درجة الحرارة ومحتوى الرطوبة وكثافة المادة.
K = (QL) / (A ΔT)
أين
يشير K إلى الموصلية الحرارية (W / mK) ،
Q تشير إلى كمية الحرارة المنقولة عبر مادة (جول / ثانية أو وات) ،
تشير L إلى المسافة بين طائرتين متساويتين ،
تشير أ إلى مساحة السطح (متر مربع) ، و
ΔT تشير إلى فرق درجة الحرارة (كلفن).
جدول المقارنة بين الموصلية الحرارية والتوصيل الحراري النوعي
| معلمات المقارنة | حرارة نوعية | توصيل حراري |
| تعريف | تشير الحرارة النوعية إلى المقدار الإجمالي للطاقة الحرارية التي تحتاجها وحدة واحدة من أي مادة لزيادة درجة حرارتها بمقدار 1 درجة مئوية. | تشير الموصلية الحرارية إلى قدرة مادة معينة على نقل الطاقة الحرارية عبرها. |
| رمز | عادة ما يشار إلى الحرارة النوعية بـ c ص أو ق. | يتم الإشارة إلى الموصلية الحرارية بواسطة K. |
| الوحدات | تُقاس الحرارة النوعية عادةً بالسعرات الحرارية أو الجول لكل جرام لكل درجة مئوية أو كلفن (J / (كجم · K) أو J / (كجم · درجة مئوية)). | وحدة التوصيل الحراري هي واط لكل متر-كلفن (W / (m⋅K)). |
| معادلة | ج = ΔQ م ΔT | K = (QL) / (A ΔT) |
| العوامل المؤثرة | تعتمد الحرارة النوعية على نوع ومرحلة المادة. | تعتمد الموصلية الحرارية بشكل أساسي على درجة الحرارة واتجاه انتقال الحرارة. |
| القيم التجريبية لبعض المركبات | تبلغ الحرارة النوعية للماء 4186 جول لكل كيلوجرام لكل درجة مئوية بينما تبلغ حرارة الخشب 1700 جول لكل كيلوجرام لكل درجة مئوية. | تبلغ الموصلية الحرارية للماء عند 0 درجة مئوية 0.5610 واط / (م · ك) بينما تتراوح الموصلية الحرارية للخشب من 0.12 إلى 0.04 وات / (م · ك). |
| التطبيقات | تستخدم المواد ذات السعات الحرارية المنخفضة في أواني الطهي مثل الغلايات والمقالي. | عادة ما تستخدم مواد الموصلية الحرارية العالية في تطبيقات المشتت الحراري ، بينما تستخدم مواد الموصلية الحرارية المنخفضة كعوازل حرارية. |
ما هي الحرارة النوعية؟
تُعرف الحرارة النوعية أيضًا باسم السعة الحرارية الجماعية. قد يشير أيضًا إلى نسبة السعات الحرارية المحددة لمادة ما عند أي درجة حرارة معينة إلى تلك الخاصة بمادة مرجعية عند درجة حرارة مرجعية. لقد ثبت أن درجات حرارة معينة للمواد تسمح بحساب الأوزان الذرية للمركبات. تعتمد قيم الحرارة المحددة دائمًا على المرحلة وخصائص المادة ويتم قياسها تجريبيًا ومتاحة للرجوع إليها.
يتم استخدام المواد ذات السعة الحرارية المنخفضة في أواني الطهي مثل الغلايات والأواني والمقالي وما إلى ذلك ؛ هذا يرجع إلى حقيقة أنه عندما يتم استخدام كمية صغيرة من الحرارة ، فسوف يتم تسخين هذه المواد بسرعة. يتم استخدام الحرارة النوعية في بناء المقابض (مقابض الطباخ والغلاية) والعوازل وأغطية الفرن أيضًا ؛ لأنه يتم ملاحظة تغير بسيط فقط في درجة الحرارة حتى بعد التعرض لكمية عالية من الحرارة.
ما هي الموصلية الحرارية؟
تحدث الموصلية الحرارية عن طريق التحريض الجزيئي داخل مادة معينة. أي ، يتم نقل الطاقة الحرارية بسبب الحركة الجزيئية العشوائية. تتمتع مواد مثل الألومنيوم والنحاس والفضة بموصلية حرارية عالية وبالتالي فهي موصلات حرارية جيدة. المواد مثل الخشب والألومينا والبولي يوريثين والبوليسترين لها موصلية حرارية منخفضة. هذه المواد هي عوازل حرارية.
تختلف الموصلية الحرارية لمادة ما عندما تتغير المادة من مرحلة إلى أخرى. على سبيل المثال ، تتغير الموصلية الحرارية للجليد عندما يذوب في الماء.
الاختلافات الرئيسية بين الموصلية الحرارية والتوصيل الحراري النوعي
استنتاج
يتم استخدام مفهوم الحرارة النوعية في تصنيع الأواني المستخدمة في الطهي. يتم استخدام المواد ذات درجات الحرارة المنخفضة المنخفضة لهذا الغرض. تستخدم الموصلية الحرارية لمعرفة المواد العازلة والمواد المستخدمة لتطبيقات المشتت الحراري. تُظهر المعادن ذات الموصلية الحرارية العالية ، على سبيل المثال ، النحاس ، موصلية كهربائية عالية أيضًا. يحدث انتقال الحرارة بمعدل أعلى عبر المواد ذات الموصلية الحرارية العالية مقارنة بالمواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة.
