ما نوع انتقال الحرارة الذي يحدث في السوائل والغازات؟

يحدث انتقال الحرارة من خلال ثلاث آليات رئيسية: التوصيل ، حيث تنقل الجزيئات المهتزة بشدة طاقتها إلى جزيئات أخرى ذات طاقة أقل ؛ الحمل الحراري ، حيث تؤدي الحركة السائبة للسائل إلى تيارات ودوامات تعزز الاختلاط وتوزيع الطاقة الحرارية ؛ والإشعاع ، حيث يصدر جسم ساخن طاقة يمكنها التأثير على نظام آخر عبر الموجات الكهرومغناطيسية. الحمل والتوصيل هما أبرز طريقتين لنقل الحرارة في السوائل والغازات.

يحدث التوصيل عادة في المواد الصلبة. تستخدم أسطح المواقد الكهربائية نقلًا موصلًا للحرارة لجلب وعاء من الماء ليغلي: يتم نقل الطاقة الحرارية من الموقد الساخن إلى القدر البارد ، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الماء. يحدث التوصيل بسبب اهتزاز الجزيئات. في المادة الصلبة ، تتمتع الذرات ، المرتبة بإحكام شديد في هياكل شبيهة بالشبكة ، بقدر ضئيل جدًا من الحرية في التحرك في الفضاء. عندما يسخن الموقد ، تبدأ الذرات في المعدن بالاهتزاز بشكل أسرع وأسرع مع زيادة طاقتها. عندما تضع وعاء الماء البارد على الموقد ، فإنك تنشئ تدرجًا لدرجة الحرارة - مكانًا تتدفق فيه الحرارة. نظرًا لأن الطاقة تتدفق من الأشياء الساخنة إلى الأشياء الأكثر برودة ، فإن الذرات المهتزة للموقد تنقل بعضًا من حرارتها إلى الذرات التي تشكل معدن وعاء الماء. يؤدي هذا إلى اهتزاز ذرات القدر ، وتحويل طاقتها إلى الماء.

يعتبر التوصيل أكثر شيوعًا للمواد الصلبة ، ولكن من حيث المبدأ يمكن أن يحدث - وهو كذلك - في السوائل والغازات ، ولكن ليس جيدًا جدًا. نظرًا لأن جزيئات السوائل تتمتع بحرية حركة أكبر من تلك الموجودة في المواد الصلبة ، فهناك فرصة أقل لأن تتصادم الجزيئات المهتزة مع جزيئات أخرى وتنقل الطاقة في جميع أنحاء السائل. في الواقع ، يعد الهواء موصلًا ضعيفًا لدرجة أنه يستخدم للمساعدة في عزل المنازل. تحتوي بعض النوافذ الموفرة للطاقة على "فراغات هوائية" بينها مما يخلق جيبًا من الهواء بين داخل المنزل والهواء الخارجي البارد. نظرًا لأن الهواء لا يقوم بتوصيل الحرارة بشكل جيد للغاية ، فإن المزيد من الحرارة تبقى داخل المنزل لأن الهواء يجعل من الصعب على هذه الطاقة الحرارية أن تشق طريقها إلى الخارج.

يعتبر الحمل الحراري إلى حد بعيد الطريقة الأكثر فاعلية وشائعة لنقل الحرارة عبر السوائل والغازات. يحدث عندما تصبح بعض مناطق السائل أكثر سخونة من غيرها ، مما يتسبب في تيارات في السائل الذي يحركه لتوزيع هذه الحرارة بشكل متساوٍ أكثر. فكر في منزل في فصل الشتاء. ربما لاحظت أن العلية دائمًا ما تكون دافئة جدًا بينما القبو بارد عادةً. يحدث هذا لأنه عندما يسخن الهواء ، يصبح خفيفًا ، مما يؤدي إلى تحركه نحو السقف. الهواء البارد أثقل بكثير ويسقط على الأرض. عندما يتحرك الهواء الساخن إلى السقف ويسقط الهواء البارد ، يتصادم هذان النوعان من الهواء ويختلطان ، مما يتسبب في حدوث ذلك تنتقل الحرارة من الذراع الدافئة إلى الهواء البارد وبالتالي توزع الحرارة في جميع أنحاء الغرفة.

يحدث الإشعاع عندما يصبح الجسم ساخنًا بدرجة كافية لإصدار طاقة كهرومغناطيسية. تعتبر الشمس مثالًا كلاسيكيًا على انتقال الحرارة الإشعاعي: فهي بعيدة جدًا في الفضاء ، لكنها ساخنة بدرجة كافية لتشعر بدفئها. تشعر بهذه الحرارة بسبب الإشعاع ، وحتى في يوم بارد تكون الشمس دافئة. يمكن أن تنتقل الطاقة الكهرومغناطيسية عبر الفضاء الفارغ ويمكن أن تتسبب في تسخين الجسم المستهدف من بعيد. لا يحدث انتقال الحرارة الإشعاعي بشكل شائع في السوائل والغازات.