الحرارة وطرق انتقالها
الحرارة (Heat) هي إحدى أشكال الطاقة والتي يترافق معها حركة الذرات أو الجزيئات أو أي جسيم يدخل في تركيب المادة. بالإمكان الحصول على الحرارة عن طريق التفاعلات الكيماوية كالاحتراق، أو التفاعلات النووية كالانصهار النووي الذي يحدث في الشمس أو التبدد الكهرومغناطيسي كما يحدث في المواقد الكهربائية أو الميكانيكي (الحركي) مثل الاحتكاك. يمكن للحرارة أن تتنقل بين الأجسام عن طريق الإشعاع أو التوصيل حراري أو الحمل الحراري. لا يمكن للحرارة أن تنتقل بين جسمين أو بين نقطتين في جسم واحد إلا إن كانت درجات الحرارة بينهما مختلفة. درجة الحرارة هي مقياس لمدى سخونة جسم ما أو برودته.
حيثما يوجد اختلاف في درجة الحرارة ، تنتقل الطاقة الحرارية بالتوصيل أو الحمل أو الإشعاع من المكان الاسخن إلى الابرد. يزيد ذلك الطاقة الداخلية للذرات الابرد فترتفع درجة حرارتها و تنخفض طاقة الذرات الاسخن فتتدنى درجة حرارتها. و يستمر ذلك حتى تتساوى درجة الحرارة في المنطق
طرق انتقال الحرارة:
التوصيل او أو النقل الحراري:
الطريقة التي تنتقل فيها الحرارة في الأجسام الصلبة ( و كذلك في السوائل ، و الغازات ، على نطاق أضيق ) . تنتقل الطاقة في النواقل الجيدة بسرعة ، و يحدث ذلك أساساً بحركة الالكترونات الحرة . فضلاً ايضاً عن اهتزاز الذرات . ( يجب حدوث ملامسة بين الجسمين )
الحمل :
طريقة تنتقل بها الطاقة في السوائل و الغازات . إذا سخن غاز أو سائل فإنه يتمدد فتقل كثافته و يرتفع ، و ينخفض الغاز أو السائل الأبرد ليحتل مكانه . و هكذا ينشأ تيار الحمل .
الإشعاع :
طريقة لانتقال الطاقة من مكان ساخن الى مكان بارد دون ان يكون للوسط أي دور. يمكن ان يحصل ذلك داخل الخلاء ، على عكس النقل و الحمل . و يستخدم مصطلح (( الإشعاع)) كثيراً للإشارة إلى الطاقة الحرارية نفسها التي تسمى بخلاف ذلك الطاقة الحرارية المشعة. يأخذ الإشعاع شكل موجات كهرومغناطيسية ، و خصوصاً الإشعاع تحت الأحمر.

أولا أنتقال الحرارة بالتوصيل
اناحافِ القدمين , وضعت قدمي على السجادة وإذا هي دافئة , رفعت السجادة ووضعت قدمي على البلاط وإذا به بارد
كيف يكون هذاالإختلاف مع أن درجة الحرارةالمعرضة لهما واحدة ؟؟!!!!!!!!
ببساطة , " البلاط " موصل للحرارة فتنقل اليه حرارة الجسم من القدمين-تنتقل اليه -
بينما " السجادة " عازل , اي رديء التوصيل للحرارة
إن مايحدث هو ظاهرة فيزيائية تسمى " أنتقال الحرارة بالتوصيل "
وقبل شرح طبيعة مايحدث دعونا نجري تجربة نختبر فيها بعض الموصلات
فالى التجربة:
** مكونات التجربة :
1- أناء زجاجي " يفضل من البايركس" .
2 -أدوات مختلفة النوع " ملعقة معدنية - وساق زجاجيه ,,,, الخ "
3- زبدة
4- خرز
5- ماء يغلي
6- غطاء من الفلين
** خطوات التجربة :
1- أصنع سدادة من الفلين تناسب حجم اناء البايركس من الفلين ,
2- أثقب فتحات لكل أداة في غطاء الفلين الذي صنعته وأجعل الأدوات تمر بها , وثلثها يبقى خارجا
3- خذ قطع متساوية الحجم والشكل من الزبدة , والصقها على الأدوات وعلى بعد متساوٍ أيضا .
4- أغرز حبات الخرز في قطع الزبد في كل أداة
5--أحضر الماء المغلي من الموقد , وصبه في كأس البايركس
6--ضع غطاء الفلين بأدواته, وأغلق أناء البايركس به
بحيث تكون الأدوات في طول واحد, اطرافها السفلية في الماء, والعلوية خارجة من الوعاء
7-- انتظر لحظات, ماذا تلاحظ ؟؟
التفسير:
عندما يسخن طرف الموصل , تزداد ذبذبة ذراته وجزيئاته ,
ثم تتدافع مع الجزيئات المجاورة لها , مسرّعة هذه الجزيئات أيضا , وهذه الجزيئات بدورها تتدافع مع جاراتها وتسرّعها
وهكذا دواليك بذلك تنتقل الحرارة تدريجينا عبر الموصل من جزيء لآخر - مع فقدان القليل من الطاقة كلما ابتعدنا عن مصدر الحرارة -
إن هذه الظاهرة تسمى "أنتقال الحرارة بالتوصيل"
بهذه الطريقة
نكون قد أجرينا أختبارا لأنواع مختلفة من الموصلات , مستفيدين من ظاهرة التوصيل الحراري, وهي تطبيق لموضوع " طرق انتقال الحرارة "
ملاحظة مهمة: تعتبر الفلزات أعلي موصلية كهربية سواء للحرارة أو للكهرباء .
بإمكاننا أجراء التجربة , على نوع واحد من الموصلات , مع تغيير المسافة التي نضغ فيها الخرز
فتبين مايعرف بـ " الممال الحراري "
العوامل المؤثرة في انتقال الحرارة بالتوصيل :-
1- طول المادة ( ل ) ( عكسي ) .
2- مساحة المقطع ( س ) ( طردي ) .
3- الزمن ( ز ) ( طردي ) .
4- الفرق في درجة الحرارة ( Δ د ) ( طردي ) .
5- نوع المادة الجامدة ( معامل توصيل المادة - م ت - ) ( طردي )
قانون التوصيل الحراري : كمية الطاقة الحرارية المنقولةبالتوصيل جسم جامد تتناسب عكسياً مع طول المادة-المعدن- و طرديا مع مساحة مقطعه والفرق في درجة الحرارة بين طرفيه والزمن الذي تم فيه انتقال الحرارة و معامل توصيل المادة.

  طريقة الحمل
تحدث طريقة انتقال الحرارة بالحمل في المواقع غالباَ وهي على نوعين همـا ::
1) حمل طبيعي :
وفيه تكون حركه المائع طبيعية ذاتية ناتجة عن إختلاف درجة الحرارة المؤدي إلى
اختلاف الكثافه غالباَ . مثل [ إنتقال الحرارة في البحار ] .
2) حمل قسري :
وفيه تكون حركة المائع قسريه اجبارية ناتجه عن مضخة أو مروحة أو قوة خارجية .
مثل [ حركة المروحة لهواء الغرفة ] .
# العوامل المؤثرة على معدل إنتقال الحرارة بالحمل #
1_ الفرق بين درجة حرارة الطبقتين حيث قد تتناسب عكسياَ مع Δد .
2_ الخواص الفيزيائية للمائع ونوع حركة المائع وشكل الجسم الصلب الملامس للمائع
التي تؤثر بدورها على معامل انتقال الحرارة بالحمل للمائع حيث قد تتناسب عكسياَ مع م ح .
3_ المساحة المشتركة بين الجسم الصلب والمائع والمساهمه في نقل الحرارة حيث قد تتناسب عكسياَ مع س .
>> قد = م ح × س × Δد
قد : معدل انتقال الحرارة بالحمل اي : القدرة الحرارية للحمل وحدته ( واط ) .
م ح : معامل انتقال الحرارة بالحمل وحدته (واط/م2. ْم) .
س : المساحة المساهمة والمشتركة في النقل وحدتة (م2) .
Δد : الفرق بين درجة حرارة الطبقتين وحدته ( ْم) .
*تعريف معامل انتقال الحرارة بالحمل ( م ح ) :
هو معدل الطاقة الحرارية المنقولة عبر سطح مساحته 1م2 بتأثير فرق درجة حرارة 1 ْم .