متى يحدث التوصيل الحراري بين أنواع مختلفة من المادة، حيث أن انتقال الحرارة من جسم إلى آخر أمر شائع بين ذرات المواد المختلفة، 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 هي إحدى الطرق الثلاث لتبادل الطاقة الحرارية، وهناك أيضًا الحمل الحراري والإشعاع، وتشير ظاهرة التوصيل الحراري في مادة ما إلى قدرة ذرات أو جزيئات مادة معينة على توصيل أو نقل الحرارة إلى أجسام أخرى. يُطلق على التبادل لمقدار التوصيل الحراري المقاومة الحرارية، حيث يتم استخدام المواد ذات الموصلية الحرارية العالية كمشتتات للحرارة، بينما تُستخدم المواد ذات قيم التوصيل الحراري المنخفضة كعوازل حرارية.
ينص قانون فورييه للتوصيل الحراري على أن السرعة التي تنتقل بها الحرارة من خلال مادة ما تتناسب مع التغير السلبي في درجة الحرارة وتتناسب أيضًا مع المنطقة التي تتدفق من خلالها الحرارة. يمكن التعبير عن الشكل التفاضلي لهذا القانون بالمعادلة التالية[1]
ف = -k.∇T
هنا ∇T هي مقدار التغير في درجة الحرارة، -k هو ثابت التبادل الحراري و q هو مقدار التوصيل الحراري.
المحتوى الحراري للمادة عبارة عن جهاز معزول
متى يحدث التوصيل الحراري
متى يحدث التوصيل الحراري في جميع حالات التجميع، سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلة، يتم فيها تبادل الطاقة الحرارية من جسم ذي درجة حرارة أعلى إلى جسم منخفض الطاقة، بهدف تقريب الجسمين في الدفء، والتوصيل الحراري لـ ترتبط المادة بعدة عوامل لعل أهمها درجة الحرارة والتباين الحراري وطبيعة المادة ودرجة نقائها.
عوامل التوصيل الحراري في المادة
تتغير قيمة ثابت الموصلية الحرارية مع تغير العديد من العوامل، ومن أهم العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري هي[2]
- طبيعة المادة في المعادن، ترتبط ظاهرة التوصيل الحراري للمعادن بوجود إلكترونات حرة، والتوصيل الحراري للمعادن يتناسب مع درجة الحرارة المطلقة والتوصيل الكهربائي ؛ وفي أنواع أخرى من المادة، الموصلية الحرارية من غير المعادن بسبب اهتزازات ذرات المادة المرتجعة.
- الحالة الكيميائية للمادة عندما تتغير حالة المادة، على سبيل المثال من الحالة الصلبة إلى السائلة، مثل الجليد، تتغير الموصلية الحرارية لهذه المادة.
- تباين الخواص الحرارية عندما تؤدي الاختلافات في اقتران الفوتونات في البلورات إلى قيم مختلفة للتوصيل الحراري في بعض المواد، يشير وجود التباين الحراري إلى أن اتجاه التدفق الحراري قد لا يتطابق مع اتجاه التدرجات الحرارية.
- الموصلية الكهربائية في المعادن بموجب قانون فرانز، الذي يشرح العلاقة بين التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري، ولا ينطبق إلا على المعادن التي لا تتأثر فيها الموصلية الحرارية للمواد غير المعدنية نسبيًا بموصلية الكهرباء.
- تأثير المجالات المغناطيسية يصف قانون Maggie-Reggie-Leduc التغيير في الموصلية الحرارية لمادة في مجال مغناطيسي، حيث يتم ملاحظة تدرج درجة الحرارة عند تطبيق المجالات المغناطيسية.
- النقاوة النظيرية يؤثر نقاء نظير مادة ما على ظاهرة انتقال الحرارة فيها، حيث وجد أن بعض النظائر الأكثر نقاءًا تتمتع بموصلية حرارية أفضل من المواد التي تحتوي على شوائب.
باختصار، يمكن القول إن السؤال عن موعد حدوث التوصيل الحراري قد تمت الإجابة عليه، وقد ثبت أن الإجابة تعطى في جميع حالات التجمع، سواء كانت صلبة أو غازية أو سائلة، وحتى في البلازما. وشرح قانونه، وذكر العوامل التي تؤثر على التوصيل الحراري لمادة ما.
- ^ thermtest.com، ما هي الموصلية الحرارية، 24 ديسمبر 2024
- ^ byjus.com، توصيل حراري، 24 ديسمبر 2024