يسخن وعاء فلزي موضوع على موقد بطريقة وما هي طرق نقل الحرارة

يُعد تسخين وعاء فلزي موضوع على موقد مثالًا شائعًا على نقل الحرارة عن طريق التوصيل الحراري. ينتقل الحرارة من اللهب إلى سطح الوعاء، ثم من سطح الوعاء إلى الطعام الموجود فيه، كما يُعد تسخين وعاء فلزي موضوع على موقد مثالًا شائعًا على نقل الحرارة عن طريق التوصيل الحراري. ينتقل الحرارة من اللهب إلى سطح الوعاء، ثم من سطح الوعاء إلى الطعام الموجود فيه، وهذا ما يمكن تفسيره من خلال السطور التالية عبر موقع موسوعة

يسخن وعاء فلزي موضوع على موقد بطريقة

يسخن وعاء فلزي موضوع على موقد بطريقة التوصيل الحراري، ويسخن وعاء معدني موضوع على موقد بطريقة تسمى التوصيل الحراري. يحدث التوصيل الحراري عندما تنقل الطاقة الحرارية من جسم ساخن إلى جسم بارد عن طريق الاتصال المباشر. في حالة الوعاء المعدني على الموقد، يقوم اللهب الساخن بنقل الطاقة الحرارية إلى الوعاء المعدني.

يمكن أن يحدث التوصيل الحراري أيضًا بين جزيئات المادة نفسها. في حالة وعاء الطهي، تنتقل الحرارة من جزيئات الموقد إلى جزيئات الوعاء، ثم تنتقل الحرارة من جزيئات الوعاء إلى الطعام الموجود فيه.

ما هو التوصيل الحراري

التوصيل الحراري هو انتقال الحرارة من جسم ساخن إلى جسم بارد عن طريق التلامس المباشر. في حالة وعاء الطهي، ينتقل الحرارة من الموقد، وهو جسم ساخن، إلى الوعاء، وهو جسم بارد، عن طريق التلامس المباشر بين سطحي الموقد والوعاء.

عوامل سرعة التوصيل الحراري 

هناك العديد من العوامل التي تؤدي إلى زيادة سرعة التوصيل الحراري، ومن هذه العوامل ما يلي: 

• التركيب الكيميائي للمادة: بشكل عام، تكون المعادن أفضل موصلات للحرارة من المواد غير المعدنية. وذلك لأن المعادن لها بنية بلورية منتظمة تسمح بانتقال الحرارة بسهولة بين الذرات والجزيئات. أما المواد غير المعدنية، مثل اللدائن والخشب، فلها بنية غير منتظمة تجعل من الصعب انتقال الحرارة بينها.
• الترتيب الذري للمادة: تنتقل الحرارة في المواد الصلبة عن طريق الذبذبات الحرارية للذرات والجزيئات. كلما كان الترتيب الذري للمادة أكثر انتظامًا، كلما كانت الذبذبات الحرارية أكثر كفاءة في نقل الحرارة.
• درجة الحرارة للمادة: تزداد سرعة التوصيل الحراري للمادة مع زيادة درجة الحرارة. وذلك لأن الذبذبات الحرارية تكون أكثر طاقة عند درجات الحرارة المرتفعة.
• الكثافة للمادة: تعتمد سرعة التوصيل الحراري أيضًا على كثافة المادة. كلما كانت المادة أكثر كثافة، كلما كان انتقال الحرارة بينها أكثر كفاءة.

ما هي أفضل الفلزات الموصلة للحرارة

من أفضل الفلزات الموصلة للحرارة هي تلك التي تحتوي على بنية بلورية متماسكة وكثيفة، حيث ترتبط الذرات فيها ببعضها البعض بروابط قوية. كما أن وجود الإلكترونات الحرة في الفلزات يساهم في زيادة قدرتها على التوصيل الحراري، ومن أمثلتها ما يلي: 

• الفضة هي أفضل موصل للحرارة من بين جميع المواد المعروفة، حيث تبلغ قيمة التوصيل الحراري لها 429 واط/(م·كلفن)، وهو تستخدم الفضة على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة بكفاءة عالية، مثل تصنيع أشباه الموصلات، وإنتاج المكثفات، وتصنيع سخانات الطعام.
• النحاس هو موصل جيد للحرارة، حيث تصل قيمة التوصيل الحراري له 385 واط/(م·كلفن). يستخدم النحاس في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة بكفاءة عالية، مثل تصنيع الأسلاك الكهربائية، وإنتاج المبادلات الحرارية، وتصنيع سخانات المياه.
• الألومنيوم  تبلغ قيمة التوصيل الحراري له 235 واط/(م·كلفن)، والذي يستخدم الألومنيوم في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة بكفاءة عالية، مثل تصنيع المبادلات الحرارية، وتصنيع سخانات المياه، وتصنيع علب المشروبات.
• الرصاص تصل  قيمة التوصيل الحراري له 35 واط/(م·كلفن)، حيث يستخدم الرصاص في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة بكفاءة عالية، مثل تصنيع البطاريات، وتصنيع سخانات المياه.
• السيليكون هو موصل جيد للحرارة، حيث تبلغ قيمة التوصيل الحراري له 150 واط/(م·كلفن)، كما يستخدم السيليكون في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة بكفاءة عالية، مثل تصنيع أشباه الموصلات، وإنتاج المكثفات.

ما هي طرق نقل الحرارة ؟

يوجد أكثر من طريقة يمكن من خلالها نقل الحرارة من جسم إلى جسم أخر، ومن هذه الطرق ما يلي: 

• التوصيل الحراري (conduction): يحدث انتقال الحرارة بالتوصيل عندما تنتقل الطاقة الحرارية من جسيم ساخن إلى جسيم بارد عن طريق التلامس المباشر بينهما. وتعتمد سرعة انتقال الحرارة بالتوصيل على نوع المادة ودرجة حرارتها ومساحة السطح الملامسة.
• الإشعاع الحراري (radiation): يحدث انتقال الحرارة بالإشعاع عندما تنتقل الطاقة الحرارية في صورة موجات كهرومغناطيسية. ولا يتطلب الإشعاع الحراري وجود جسيمات أو وسط مادي لنقل الحرارة.
• الحمل الحراري (convection): ينشأ انتقال الحرارة بالحمل عندما تنتقل الحرارة من منطقة ساخنة إلى منطقة باردة عن طريق حركة السوائل أو الغازات. وتحدث هذه الحركة بسبب اختلاف الكثافة بين السوائل أو الغازات الساخنة والباردة، حيث تكون السوائل أو الغازات الساخنة أقل كثافة من السوائل أو الغازات الباردة، مما يؤدي إلى صعودها إلى الأعلى ونزوح السوائل أو الغازات الباردة إلى الأسفل.

تطبيقات على نقل الحرارة

يوجد العديد من الامثلة والتطبيقات التي يمكن من خلالها توضيح عملية نقل الحرارة، ومن هذه التطبيقات ما يلي: 

• التبريد والتكييف: يعتمد التبريد والتكييف على نقل الحرارة من الهواء الداخلي إلى الهواء الخارجي. يتم ذلك باستخدام عملية تسمى الدورة التبريدية، والتي تتضمن تحويل سائل التبريد من الحالة السائلة إلى الغازية، ثم إلى الحالة السائلة مرة أخرى. أثناء هذه العملية، تمتص سائل التبريد الحرارة من الهواء الداخلي، مما يؤدي إلى تبريده.
• الغلايات: تستخدم الغلايات لإنتاج البخار أو الماء الساخن. يتم ذلك عن طريق تسخين الماء في وعاء مغلق. تنتقل الحرارة من اللهب إلى الماء عن طريق التوصيل الحراري.
• المبادلات الحرارية: يتم استخدامها من أجل نقل الحرارة من مادة إلى أخرى. تتكون المبادلات الحرارية من أنابيب أو ألواح تفصل بين المادتين. يتم نقل الحرارة من خلال هذه الأنابيب أو الألواح عن طريق التوصيل الحراري أو الحمل الحراري أو الإشعاع الحراري.
• السخانات الشمسية: يمكن استخدام الطاقة الشمسية من أجل تسخين المياه. يتم ذلك عن طريق امتصاص الطاقة الشمسية بواسطة ألواح شمسية. تنتقل الحرارة من الألواح الشمسية إلى المياه عن طريق الإشعاع الحراري.