متى يحدث التوصيل الحراري بين المواد المختلفة؟ ولولا هذه الظاهرة لبقيت جميع الأجسام على درجة حرارتها متجمدة إلى الأبد، كما يظل الماء ساخنا أيضا.
ما هي ظاهرة التوصيل الحراري؟
تعتبر طريقة التوصيل الحراري إحدى الطرق الثلاث لتبادل الطاقة الحرارية. تشير الموصلية الحرارية في هذه الظاهرة إلى قدرة ذرات أو جزيئات مادة معينة على توصيل الحرارة أو نقلها. فقرات أخرى ويعرف عكس الموصلية الحرارية بالمقاومة الحرارية، حيث تستخدم المواد ذات الموصلية الحرارية العالية كعوازل حرارية، بينما المواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة يقال أن الموصلية الحرارية تعني المعدل الذي تنتقل به الحرارة عبر المادة تتناسب طرديا مع سالب التغير في درجة الحرارة . كما أنه يتناسب مع مساحة السطح الذي تتدفق عبره الحرارة، ويمكن التعبير عن الشكل التفاضلي لهذا القانون بالمعادلة التالية:
ف = ك.∇T
حيث يشير ∇T إلى مقدار التغير في درجة الحرارة، بينما يشير k إلى ثابت التبادل الحراري ويشير q أيضًا إلى مقدار التوصيل الحراري.
متى يحدث التوصيل الحراري؟
متى يحدث التوصيل الحراري؟ في جميع أشكال المادة سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلة، يتم تبادل الطاقة الحرارية من جسم أعلى درجة حرارة إلى جسم درجة حرارة أقل، والهدف من ذلك هو أن يتقارب الجسمان في درجة حرارة المادة وترتبط بعدة عوامل ولعل أهمها درجة الحرارة والتباين الحراري لطبيعة المادة ودرجة نقائها.
عوامل التوصيل الحراري للمادة
تتغير قيمة ثابت التوصيل الحراري نتيجة لتأثير العديد من العوامل، ومن أهم العوامل المؤثرة على التوصيل الحراري ما يلي:
- طبيعة المادة: في المعادن ترتبط ظاهرة التوصيل الحراري للمعادن بوجود إلكترونات حرة، كما أن التوصيل الحراري للمعادن يتناسب مع درجة الحرارة المطلقة والتوصيل الكهربائي، أما في المواد الأخرى فإن التوصيل الحراري لغيرها من المواد. الإلكترونات. تنتج المعادن عن اهتزازات ذرات المادة .
- الحالة الكيميائية للمادة: عندما تتغير حالة المادة مثلاً من الصلبة إلى السائلة كما في الثلج فإن التوصيل الحراري لهذه المادة يتغير.
- التباين الحراري: عندما تؤدي الاختلافات في الاقتران الفوتوني في البلورات إلى اختلاف قيم التوصيل الحراري في بعض المواد، فإن وجود التباين الحراري يشير إلى أن اتجاه تدفق الحرارة ليس بالضرورة هو نفس اتجاه التدرجات الحرارية.
- الموصلية الكهربائية للمعادن: وفقاً لقانون فرانز الذي يوضح العلاقة بين التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري، فهو ينطبق فقط على المعادن لأن التوصيل الحراري للمواد غير المعدنية لا يتأثر نسبياً بوصليتها الكهربائية.
- تأثير المجالات المغناطيسية: يصف قانون MageeRégéLeduc التغير في التوصيل الحراري للمادة عند وضعها في مجال مغناطيسي، حيث يتم ملاحظة تدرج في درجة الحرارة عند تطبيق المجالات المغناطيسية.
- درجة نقاء نظير المادة: يؤثر نقاء نظير المادة على ظاهرة انتقال الحرارة التي تحدث فيها، لأنه تجدر الإشارة إلى أن بعض النظائر الأكثر نقاءً لها موصلية حرارية أفضل من المواد التي تحتوي على شوائب.
وأخيرا تمت الإجابة على سؤال متى يحدث التوصيل الحراري، وتبين أن الإجابة هي أنه يحدث في جميع أشكال المادة، سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلة أو حتى البلازما. كما تم تعريف ظاهرة التوصيل الحراري وشرح قانونها وذكر العوامل المؤثرة على التوصيل الحراري للمادة.