أنواع الإشعاع الحراري لنقل الحرارة بالتوصيل الحراري. أنواع انتقال الحرارة: معامل انتقال الحرارة. معاملات التوصيل الحراري للمواد المختلفة

ينتج عن هذا توازن درجة الحرارة بين اليسار و الجوانب اليمنى، لأنه في الفيزياء لا توجد حالتان مختلفتان للغاية من ناحية الطاقة بجانب بعضهما البعض. لذا ، إذا كان البرغي دافئًا على اليسار هنا ، فهذا يعني أيضًا أن الجزيئات الموجودة في المسمار تكون أسرع. وتصطدم هذه الجسيمات السريعة الآن بجزيئات أبطأ ، ثم تتسارع ، ثم تصطدم بجزيئات أخرى ، وهكذا دواليك. وهكذا تنتقل الحرارة من اليسار ببطء إلى اليمين. يوجد الآن مواد أفضل من غيرها في توصيل الحرارة. بالطبع ، إذا احتفظت بملعقة بلاستيكية في ماء مغلي ، فسوف تسخن بسرعة أقل من الملعقة الفضية ، على سبيل المثال.

بشكل عام ، يمكننا القول: الموصلات الجيدة للحرارة هي أيضًا موصلات كهربائية جيدة ، مثل النحاس. لذلك ، أولاً وقبل كل شيء ، من أجل التوصيل الحراري. بالمناسبة ، يمكن للسوائل والغازات أيضًا توصيل الحرارة. ولكن بعد ذلك ، يلعب الخلط والانتشار داخل المادة دورًا مهمًا. النقطة التي يتم بها نقل الحرارة: أي تدفق الحرارة أو ما يسمى بالحمل الحراري. يمكن أن يحدث تدفق الحرارة في الماء. نقدم هنا مثالا لتيار البحر. يمكن أن يحدث تيار البحر بسبب الاختلافات في درجة حرارة الماء في مواقع مختلفة.

على سبيل المثال ، إذا كنت أكثر دفئًا على الجانب الأيسر ، فستحصل على تيار حيث يصبح الماء أكثر برودة. يمكن لتيارات المحيط الدافئة أن تطلق الحرارة في البيئة وبالتالي تؤثر بشكل كبير على المناخ. إنه نقل الطاقة الداخلية من جسم إلى آخر. لنلق نظرة على مثال آخر تدفق الحرارة: مجفف شعر. يقوم مجفف الشعر بنفخ الهواء في الجزء الداخلي ثم ينفخه إلى الخارج باتجاه الرأس. وهناك ، على سبيل المثال ، يمكن نقل الطاقة الداخلية للهواء إلى شعرنا.

لذلك كان هذا مثالاً على كيفية انتقال الحرارة من خلال تدفق الهواء. الآن للحصول على آخر مثال على تدفق الحرارة: التسخين. يتدفق الماء في أنبوب التسخين. يسخن الماء في القبو. بسبب ال ماء ساخنلديها كثافة أقل من تلك الباردة ، فهي تتدفق الآن لأعلى حيث يمكنها إطلاق الحرارة المخزنة في البيئة. حدد كيفية نقل الحرارة: الإشعاع الحراري. المشتت الحراري النموذجي هو الشمس. ترسل أشعتها الدافئة إلى الأرض. وما هي هذه الأشعة بالضبط؟

أشعة الشمس هي أيضًا موجات كهرومغناطيسية فقط ، لذلك لها نفس خصائص الضوء ، على سبيل المثال. هم ليسوا في النطاق المرئي ، ولكن في الغالب في نطاق الأشعة تحت الحمراء. حسنًا ، إنها أطول من الضوء. وخصوصية الإشعاع الحراري ، على عكس التوصيل الحراري أو تدفق الحرارة ، هي أن النقل يمكن أن يحدث أيضًا في الفراغ ، أي بغض النظر عن الحاجة إلى نقل الحرارة. مثال آخر للإشعاع الحراري هو الحريق. على الرغم من انتقال الحرارة من خلال التوصيل وتدفق الحرارة ، إلا أننا قادرون بشكل أساسي على التسخين في النار من خلال الحرارة المشعة.

حسنًا ، كان لثلاثة طرق مختلفةانتقال الحرارة. لذا ، نلخص مرة أخرى: الحرارة ، أي شكل الطاقة. مثل تيار البحر ، أو الإشعاع الحراري ، على سبيل المثال ، الشمس. حسنًا ، الحرارة هي أحد أشكال الطاقة التي يمكن نقلها. لكن ما هي درجة الحرارة في المقابل؟ وتصف درجة الحرارة ، على عكس الحرارة ، متوسط ​​الطاقة الحركية للجسيمات. بعبارة أخرى ، من خلال قياس اختلاف درجة الحرارة عبر الجسم ، يمكنك معرفة مقدار الحرارة التي تم نقلها إلى جسم آخر. هذا هو الفرق بين درجة الحرارة ودرجة الحرارة.

أولاً ، يوجد معدن داخل القارورة ، يتم تسخينه تدريجياً عن طريق التوصيل الحراري. ينقل هذا المعدن حرارته إلى الهواء. قد يكون هناك تدفق حراري. ويصدر المصباح بأكمله الكثير من الحرارة ، لسوء الحظ ، على الرغم من أنه ينبغي أن ينتج المزيد من الضوء. لديك دائما ضار آثار جانبية. لذلك أتمنى أن تكون قد استمتعت بالفيديو. حتى ذلك الحين ، أراك في المرة القادمة! واحدة من المشاكل الرئيسية التي نواجهها عند محاولة فهم العالم هو أنه من الصعب للغاية عزل ظاهرة معينة عن البقية.

في الحياة الواقعية ، نجد أن أحداثًا متعددة تحدث ، ولكل منها أسباب وتأثيرات مختلفة في نفس الوقت. وهذه هي المشكلة الرئيسية في العلوم الاجتماعية: المتغيرات في اللعبة لانهائية ، وعمومًا ليس من المجدي أو غير الأخلاقي إجراء تجربة لاختبار الفرضية.

لحسن الحظ ، في مجالات العلوم الأخرى ، تكون الأمور أبسط بكثير ، على سبيل المثال ، الفيزياء ، التي تدرس الأجسام وتفاعلاتها ، وغالبًا ما يكون من السهل إجراء تجربة تعزل ظاهرة عن أخرى. لكن على أي حال ، نجد أن الشخص الذي لا يدرس هذا الموضوع عادة ما يرى شيئًا صعبًا وغير قابل للاختراق فيه. من ناحية أخرى ، يميل العديد من الأشخاص ذوي العقلية العلمية إلى تحليل أشياء أكثر من اللازم ورؤية العالم أكثر أو أقل على النحو التالي.

في كثير من الأحيان لا تقوم المدارس بتعليم الطلاب الأدوات الأساسية حتى يفهموا شيئًا بسيطًا مثل نقل الحرارة. قد يبدو الأمر سخيفًا ، لكن أخذ هذه الأشياء في الاعتبار يساعدنا في العديد من جوانب الحياة: التفكير في كيفية حمايتنا بشكل فعال اعتمادًا على الطقس ، حتى من أجل الاحتفاظ ببيرة باردة أو الاحتفاظ بها. سواء أحببنا ذلك أم لا ، العلم في كل مكان. بدلاً من ذلك ، نحن بحاجة إلى قاعدة معينة من المعرفة العلمية من أجل التفاعل بشكل أكثر فعالية مع الكون.

بالنسبة للفيزياء ، فإن الحرارة هي نقل الطاقة من جسم ذي درجة حرارة أعلى تقل فيه درجة الحرارة. على عكس ما يعتقده الكثيرون ، فإن الحرارة ليست درجة حرارة ، بل هي نقل للطاقة. لذلك فإن نفس عبارة "نقل الحرارة" ستكون زائدة عن الحاجة ، لكنها تستخدم بنفس الطريقة. عندما نقول أن الماء ساخن ، فإننا نقول أنه يحتوي على الكثير من الطاقة الحرارية. هذا يعني أن جزيئاتهم تهتز بقوة ، لذلك إذا لمسناهم ، فسوف ينقلون هذه الاهتزازات إلى أيديهم ، واعتمادًا على مدى قوتهم ، يمكن أن يؤذونا.

إن لمس الجسم الساخن ليس الطريقة الوحيدة لنقل الطاقة الحرارية ، فهناك ثلاث طرق. سيكون التوصيل ، هناك أيضًا إشعاع وحمل حراري ، ولكن في معظم الحالات تحدث المواقف الثلاثة في نفس الوقت ، وبعضها أكثر من غيرها. لهذا السبب تم التضحية بأرانب الشوكولاتة الثلاثة هذه لإظهار كل واحد منهم بطريقة منعزلة.

في الحالة الأولى ، نرى القاتل يضع مكواة ساخنة على أرنب الشوكولاتة. تبلغ درجة انصهار الشوكولاتة حوالي 36 درجة مئوية ، والحديد بالتأكيد يزيد عن 100 درجة مئوية ، لذلك تميل جزيئات نفس الشيكولاتة إلى نقل بعض درجة حرارتها إلى الشوكولاتة ، وتذوبها شيئًا فشيئًا بينما تبرد ببطء. يحدث التوصيل عندما تتلامس مادتان ، ويحدث انتقال الحرارة من أكثر درجة حرارة عاليةإلى أسفل حتى يكون النظام في حالة توازن حراري. تحدث هذه الظاهرة بشكل رئيسي بين المواد الصلبةوبدرجة أقل في السوائل.

في الغازات ، تكون الموصلية الحرارية في حدها الأدنى لأن الجزيئات منفصلة بشكل كبير عن بعضها البعض. في الحالة الثانية ، يتم تطبيق جرعة من الأشعة تحت الحمراء على الأرنب. يحدث أن الإشعاع ليس فقط ما لديهم قنابل ذرية، لكنها مجرد جسيمات صغيرة جدًا عديمة الكتلة تتصرف مثل موجات ذات ترددات مختلفة. اعتمادًا على التردد لديهم ، هم موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء والضوء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية. كل واحد منهم بخصائصه وخصائصه المختلفة لديه القدرة على التفاعل مع ما نسميه الضوء.

يمكن أن تمر الأشعة السينية من خلال اللحم ، ولكن ليس في الأشياء الأكثر كثافة مثل العظام أو المعادن. تتفاعل الأشعة تحت الحمراء مع جميع المواد تقريبًا ، وعندما تصل من المصباح إلى سطح الشوكولاتة ، تزداد درجة حرارتها. تنبعث من جميع الأجسام الأشعة تحت الحمراء ، فكلما ارتفعت درجة حرارتها ، زاد انبعاثها. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل الأجسام تميل إلى "التهدئة" أو الموازنة حراريًا. بيئة. حتى لو لم يتلامس مع أي شيء ، يفقد الجسم الطاقة على شكل الأشعة تحت الحمراء.

أخيرًا ، يعاني الأرنب الثالث من نوبة مجفف الشعر. نفاثة من الهواء الساخن تضرب وجهك. قلنا أن الغازات ليس لها موصلية حرارية جيدة ، لأن الجزيئات تتفاعل بشكل ضعيف مع بعضها البعض بشكل متساوٍ. لكن إذا أنشأنا حركة كبيرة ، فسنصنع الكثير من الجزيئات على اتصال مع الأرنب. بهذه الطريقة يفقد الهواء درجة حرارته وترتفع الشوكولاتة وتتوازن. في الديناميكا الحرارية ، الحمل الحراري هو انتقال الحرارة من خلال حركة السائل ، في مجالات الفيزياء الأخرى ، كما هو الحال في ميكانيكا الموائع ، يطلق عليه الحمل الحراري. حركة بسيطةالسوائل ، دون فائدة فيما إذا كان النقل هو الحرارة.

في الحياة الواقعية ، يمكننا استخدام هذه المفاهيم لفهم كيف يحافظ الترمس على درجة حرارة السائل الذي يخزنه. كل أولئك الذين كسروا أحدهم سيعرفون أنهم مصنوعون من طبقة مزدوجة من زجاج المرآة. يعمل الانعكاس على الحفاظ على الحرارة من الضياع بسبب الإشعاع ، حيث تنعكس الأشعة تحت الحمراء على الأسطح العاكسة ولا تغادر الحاوية. تكمن المسافة بين طبقتين من الزجاج في حقيقة أن الحرارة لا تنتقل بالتوصيل: تلك الموجودة في أفضل جودةلديك "فراغ" أو هواء عند ضغط منخفض جدًا.

قلنا أن موصلية الغازات ضئيلة ، لأن جزيئاتها تتفاعل قليلاً جدًا. حسنًا ، كلما قل عدد الجزيئات ، قل التفاعل. إذا تم تحقيق فراغ مثالي ، فسيكون النقل عبر الأسلاك صفرًا. يحافظ الترمس أيضًا على درجات حرارة أقل من درجات الحرارة البيئية. الشيء نفسه ينطبق على التوصيل ، وستعمل المرآة حتى لا تمتص الأشعة تحت الحمراء القادمة من أجسامنا.

الحرارة هي نقل الطاقة. في فن الطهو ، يتم استخدامه لتغيير الطعام كيميائيًا وفيزيائيًا وبالتالي تسهيل عملية الهضم والمضغ وتغيير المذاق وجعلها أكثر أمانًا. يميل نقل الطاقة هذا دائمًا إلى معادلة درجة حرارة العناصر في النظام ، لذلك يتم تبريد الجزء الساخن ويتم تسخين الجزء البارد ، مما يؤدي إلى معادلة درجات الحرارة.

يمكن نقل الطاقة من خلال ثلاث آليات مختلفة. تُعطى موصلية الحرارة عن طريق نقل الطاقة الحركية بين الجزيئات. سرعته وكفاءته تعتمدان بشكل مباشر على التوصيل الحراري ، والتي تختلف في كل مادة. في المطبخ ، تعد هذه اللحظة ذات أهمية أساسية عند اختيار المواد التي تُصنع بها الأواني والمقالي ، والشواية أو الشبكة التي سنستخدمها. المواد التي توصل الحرارة بشكل أفضل ستكون قادرة على نقل الحرارة في وقت مبكر وبشكل أفضل في الطعام.

من بين المواد الشائعة ، تعتبر الأواني المصنوعة من النحاس والألومنيوم هي الأسرع في التسخين ، بينما يستغرق الحديد والصلب وقتًا أطول لتغيير درجة الحرارة ولكن يحتفظان بمزيد من الحرارة. يتم اختبار آلية نقل الحرارة هذه عند طهي القدر في قدر به ماء أو عند حرقه في الفرن. في كلتا الحالتين ، يدور الماء والهواء ، على التوالي ، داخل النظام ، مما يؤدي إلى تجانس درجة الحرارة.