الموسوعة العربية

ابحث عن أي موضوع يهمك

مفهوم الموصلية الحرارية

بواسطة: نشر في: 8 يونيو، 2020
mosoah
مفهوم الموصلية الحرارية

نتعرف اليوم في هذا المقال على مفهوم الموصلية الحرارية وانواعها ، ومعناها نقل الحرارة عبر الأجسام، حيث تنتقل الحرارة بعدة طرق وهي التوصيل الحراري والحمل الحراري وأخيراً الإشعاع، والطاقة الحرارية هي إحدى أنواع الطاقة التي لها أهمية كبيرة في الحياة اليومية وفي الصناعات المختلفة، وفي عدة أمور أخرى، وعبر المقال التالي سنتعرف على ما يعنيه مفهوم التوصيل الحراري فتابعوا معنا السطور القادمة على موقع موسوعة.

مفهوم الموصلية الحرارية

  • يتم تعريف الموصلية الحرارية على أنها قدرة المادة على نقل وتوصيل الطاقة الحرارية من نقطة لأخرى داخل المادة. ويحدث ذلك  نتيجة لتغيرات في الطاقة داخلها بسبب تحرك الإلكترونات بعد اكتسابها طاقة حرارية في مستويات الطاقة المختلفة.
  • وتنتقل الحرارة فيها داخل المادة الواحدة من منطقة ذات حرارة عالية وطاقة عالية للجزيئات إلى منطقة ذات حرارة منخفضة وطاقة منخفضة للجزيئات .
  • وهي إحدى الطرق المعروفة لانتقال الحرارة بالحمل ومن الأمثلة التي تدل على ذلك:  أن تضع يدك بالقرب من مقلاة ساخنة وتشعر بدرجة حرارتها المرتفعة.
  • ومن الأمثلة التي تدل على انتقال الحرارة بالإشعاع كمثل الحرارة التي تدخل للمنزل من الشمس عن طريق الزجاج.

الفرق بين التوصيل الحراري والحمل الحراري

  • ويمكن التفريق بسهولة بين التوصيل الحراري و الحمل الحراري، عبر إجراء اختبار يعرف باسم اختبار الإناء الساخن، فعندما تقترب يدك من الإناء دون لمسه تشعر بالحرارة وهذه الحرارة حملها الهواء إليك من الإناء وتكون أقل بكثير جدا من حرارة الإناء. وهذا هو انتقال الحرارة بالحمل.
  • أما إذا قمت بلمس الإناء فإن الحرارة قد انتقلت إلى يدك عن طريق التوصيل وتكون عالية جدا مقارنة بالحمل.
  • ويمكننا فهم مصطلح الموصلية الكهربية بصورة أكبر عن طريق تشبيهه بالموصلية الكهربية للمواد فهناك مواد جيدة التوصيل للكهرباء مثل الحديد والألومنيوم والنحاس .
  • وهناك مواد رديئة التوصيل للكهرباء مثل الخشب والبلاستيك فأيضا هناك مواد ذات موصلية حرارية عالية ومواد أخرى متوسطة التوصيل للحرارة ومواد رديئة التوصيل للحرارة.

أنواع المواد من حيث الموصلية الحرارية

  • وتنقسم المواد من حيث الموصلية الحرارية إلى عدة أنواع،  يتحكم في ذلك الروابط بين جزيئات المادة.
  • فكلما زاد الترابط بين الجزيئات زادت الموصلية الحرارية للمادة .
  • وكلما قل الترابط أدى ذلك لحدوث نوع من التشتت الحراري فتقل الموصلية الحرارية للمادة.

وتختلف أنواع المواد تبعا لعدة عوامل:

  • أولها حالة المادة، فالمواد الصلبة في العموم لها موصلية حرارية أعلى بكثير من السوائل و السوائل عادة ما تكون أعلى من الغازات.
  • العامل الثاني هو التركيب الكيميائي، حيث  تختلف الموصلية باختلاف التركيب الكيميائي للمادة و نوع المادة من حيث كونها فلزية أو لا فلزية فعادة ما تكون الفلزات ذات موصلية حرارية عالية بالنسبة للافلزات التي لديها موصلية حرارية منخفضة نوعا ما فالحرارة تهرب باتجاه المعدن نفسه قبل أن تنتقل في الهواء.
  • ومثال على ذلك قم بوضع ملعقة معدنية في إناء به ماء ساخن وحاول إمساكها بعد بضع دقائق تجد أن الطرف الآخر للملعقة أصبح ساخنا جدا وتظل الطاقة الحرارية تتتسرب داخل المعدن في اتجاه الجزء البارد حتى يحدث تعادل و تتساوى درجة حرارة الجزء البارد مع الجزء الساخن.

لماذا نغمس الأجسام الساخنة في الماء

  • عرف الإنسان قديما أسهل طرق تبريد المواد الساخنة بغمسها في الماء من قبل أن يقوم باكتشاف التوصيل الحراري وعلوم الديناميكا الحرارية فإذا أعطيت أي أحد قطعة من الحديد الساخن وطلبت منه تبريدها فإن أسهل تصرف سيقوم به هو وضعها في إناء به ماء.
  • كذلك الأمر إذا أصبت بحرق في يدك فإنك تغمرها بالماء الذي لا يشترط أن يكون باردا بل يكفي أن يكون الماء عذبا وفاترا فلماذا نضع الحديد الساخن في الماء ليبرد؟ وما علاقة ذلك بالموصلية الحرارية؟
    الإجابة بسيطة: نضع الحديد الساخن في الماء ليبرد حيث أن قوى الترابط بين جزيئات الماء أقل منها بكثير بين جزيئات المعدن وبعضها .
  • وأيضا الماء في حالته السائلة بينما قوى الترابط بين جزيئات المعدن عالية فتكون الموصلية الحرارية للمعدن أعلى منها للماء فتسارع الحرارة للهروب من سطح المعدن شيئا فشيئا ، وكما اكتسب المعدن الحرارة بسرعة فإنه يفقدها بسرعة ويتم ذلك دون النظر إلى الوسط المحيط.

لماذا النحاس أسرع من الحديد والالمنيوم في توصيل الحرارة

تنقسم المواد بحسب توصيل الحرارة إلى مواد جيدة التوصيل للحرارة ومواد رديئة التوصيل للحرارة، والمواد جيدة التوصيل للحرارة تختلف فيما بينها في قدرتها على التوصيل الحراري.

حيث يعتمد انتقال الطاقة الحرارية عبر التوصيل على الروابط الموجودة بين الجزيئات، والجزيئات الموجودة في معدن النحاس هي أشد من الروابط الموجودة بين الألومنيوم والحديد، ولذلك تنتقل الحرارة بين جزيئاته بسرعة مما يجعله أفضل في توصيل الحرارة.

لا يتوقف الأمر عند قوة الروابط بين جزيئات المادة الواحدة،ولكن هناك عامل آخر يتوقف عليه التوصيل وهو عدد الإلكترونات الحرة في المستوى الأخير للطاقة في كل عنصر، ويكون النحاس أفضل في هذا الأمر لأن عدد إلكترونات النحاس الحرة في مستوى الطاقة الأخير، أكبر منها في الحديد والألومنيوم فعندما يكتسب جزئ النحاس كمية من الحرارة تتحرك الإلكترونات بصورة أكبر منها في الحديد والألومنيوم نتيجة للطاقة الحرارية المكتسبة.

وإلى هنا نكون قد انتهينا من تقديم هذا المقال الذي عرضنا لكم من خلاله أهم المعلومات عن التوصيل الحراري، وهو أحد الطرق التي تنتقل عن طريقها الطاقة الحرارية عبر الأجسام، كما تعرفنا كذلك العوامل التي تؤثر في التوصيل الحراري، نرجو أن يكون قد نال إعجابكم، كما يمكنكم متابعة المزيد من المقالات حول الموضوعات عبر الدخول إلى موقع الموسوعة العربية الشاملة.

المراجع

1