متى يحدث التوصيل الحراري بين أنواع مختلفة من المادة، لأن الانتقال من جسم إلى آخر أمر شائع بين ذرات من مادة مختلفة، وبدون هذه الظاهرة، لكانت جميع الأجسام ستحافظ على درجة حرارتها دون تغيير، لأن الجليد المتجمد يبقى متجمدًا إلى الأبد والماء الساخن يظل ساخنًا أيضًا.
ما هي ظاهرة التوصيل الحراري
شرح طريقة التوصيل الحراري هي إحدى الطرق الثلاث لتبادل الطاقة الحرارية. هناك أيضا الحمل الحراري والإشعاع. تشير ظاهرة التوصيل الحراري في مادة ما إلى قدرة ذرات أو جزيئات مادة معينة على توصيل الحرارة أو نقلها إلى أجسام أخرى. يُعرف التبادل لمقدار التوصيل الحراري بالمقاومة الحرارية، حيث تُستخدم المواد ذات الموصلية الحرارية العالية كمشتتات للحرارة، بينما تُستخدم المواد ذات قيم التوصيل الحراري المنخفضة كعوازل حرارية. ينص قانون فورييه للتوصيل الحراري على أن المعدل الذي تنتقل به الحرارة من خلال مادة ما يتناسب مع التغير السلبي في درجة الحرارة ويتناسب أيضًا مع المنطقة التي تتدفق من خلالها الحرارة. يمكن التعبير عن الشكل التفاضلي لهذا القانون بالمعادلة التالية
ف = -k.∇T
حيث ∇T هي مقدار التغير في درجة الحرارة، -k هو ثابت التبادل الحراري و q هو مقدار التوصيل الحراري.
متى يحدث التوصيل الحراري
متى يحدث التوصيل الحراري في جميع حالات المادة، سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلة، حيث يتم تبادل الطاقة الحرارية من جسم خصم درجة حرارة أعلى إلى جسم ذي درجة حرارة منخفضة، بهدف جعل الجسمين قريبين من الحرارة، وتكون الموصلية الحرارية للمادة هي تتعلق بعدة عوامل لعل أبرزها درجة الحرارة والتباين الحراري وطبيعة المادة ودرجة نقائها.
عوامل التوصيل الحراري في المادة.
تتغير قيمة ثابت التوصيل مع تغير العديد من العوامل، ومن أهم العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري هي
- طبيعة المادة في المعادن، ترتبط ظاهرة التوصيل الحراري للمعادن بوجود إلكترونات حرة، والتوصيل الحراري للمعادن يتناسب مع درجة الحرارة المطلقة والتوصيل الكهربائي. في أنواع أخرى من المادة، تُعزى الموصلية الحرارية لللافلزات إلى اهتزازات ذرات المادة.
- الحالة الكيميائية للمادة عندما تتغير حالة المادة، على سبيل المثال، من صلب إلى سائل، كما هو الحال في الجليد، تتغير الموصلية الحرارية لهذه المادة.
- التباين الحراري عندما تؤدي الاختلافات في اقتران الفوتونات في البلورات إلى قيم مختلفة للتوصيل الحراري في بعض المواد، يشير وجود التباين الحراري إلى أن الاتجاه الذي تتدفق فيه الحرارة قد لا يكون هو نفسه اتجاه درجة الحرارة التدرجات. .
- الموصلية الكهربائية في المعادن من خلال قانون فرانز الذي يشرح العلاقة بين التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري، وينطبق فقط على المعادن، حيث لا تتأثر الموصلية الحرارية للمواد غير المعدنية نسبيًا بموصلية الكهرباء.
- تأثير المجالات المغناطيسية يصف قانون Maggie-Reggie-Leduc التغيير في الموصلية الحرارية للمادة عند وضعها في مجال مغناطيسي، حيث يتم ملاحظة تدرج درجة الحرارة عند تطبيق المجالات المغناطيسية.
- نقاء النظائر يؤثر نقاء نظير مادة ما على ظاهرة انتقال الحرارة فيه، حيث لوحظ أن بعض النظائر النقية لها موصلية حرارية أفضل من المواد المحتوية على شوائب.
في الختام، تمت الإجابة على السؤال عن موعد حدوث التوصيل الحراري، ووجد أن الإجابة تكمن في جميع حالات المادة، سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلة، وحتى في البلازما. تم تحديد ظاهرة التوصيل الحراري، وشرح قانونها، وذكر العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري لمادة ما.