ثلاثة أنواع من انتقال الحرارة

يشغل نقل الحرارة مجالًا يشتمل على مجموعة واسعة من الوظائف ، بدءًا من العمليات البسيطة لتسخين وتبريد الكائنات إلى المفاهيم الديناميكية الحرارية المتقدمة في الفيزياء الحرارية. لكي تفهم كيف يبرد المشروب في الصيف أو كيف تنتقل الحرارة من الشمس إلى الأرض ، يجب أن تفهم هذه المبادئ الأساسية لنقل الحرارة على مستوى أساسي.

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الحرارة تنتقل من جسم ذي درجة حرارة أعلى إلى درجة حرارة أقل. تتحرك ذرات الطاقة الأعلى (وبالتالي درجة الحرارة الأعلى) نحو ذرات الطاقة المنخفضة (درجة الحرارة المنخفضة) من أجل الحفاظ على التوازن (المعروف باسم التوازن الحراري). يحدث انتقال الحرارة من أجل الحفاظ على هذا المبدأ عندما يكون الجسم في درجة حرارة مختلفة عن جسم آخر أو محيطه.

عندما تكون جزيئات المادة على اتصال مباشر ، تنتقل الحرارة عن طريق التوصيل. الذرات المتجاورة ذات الطاقة الأعلى تهتز ضد بعضها البعض ، مما ينقل الطاقة الأعلى إلى الطاقة المنخفضة ، أو درجة الحرارة الأعلى إلى درجة الحرارة المنخفضة. أي أن الذرات ذات الكثافة الأعلى والحرارة الأعلى ستهتز ، وبالتالي تنقل الإلكترونات إلى مناطق ذات كثافة أقل وحرارة أقل. السوائل والغازات أقل موصلة من المواد الصلبة (المعادن هي أفضل الموصلات) بسبب حقيقة أنها أقل كثافة ، مما يعني أن هناك مسافة أكبر بين الذرات.

يصف الحمل الحراري انتقال الحرارة بين السطح والسائل أو الغاز المتحرك. عندما ينتقل السائل أو الغاز بشكل أسرع ، يزداد انتقال الحرارة بالحمل الحراري. هناك نوعان من الحمل الحراري هما الحمل الطبيعي والحمل القسري. في الحمل الحراري الطبيعي ، تنتج حركة السوائل من الذرات الساخنة في السائل ، حيث تتحرك الذرات الساخنة لأعلى باتجاه الذرات الأكثر برودة في الهواء - يتحرك السائل تحت تأثير الجاذبية. ومن الأمثلة على ذلك السحب المتصاعدة لدخان السجائر ، أو الحرارة من غطاء السيارة الذي يرتفع لأعلى. في الحمل الحراري القسري ، يُجبر السائل على الانتقال فوق السطح بواسطة مروحة أو مضخة أو مصدر خارجي آخر.

يشير الإشعاع (يجب عدم الخلط بينه وبين الإشعاع الحراري) إلى انتقال الحرارة عبر الفضاء الفارغ. يحدث هذا النوع من نقل الحرارة بدون وسيط متداخل ؛ يعمل الإشعاع حتى في الفراغ التام ومن خلاله. على سبيل المثال ، تنتقل الطاقة من الشمس عبر فراغ الفضاء قبل أن يؤدي انتقال الحرارة إلى تدفئة الأرض.

يشكل انتقال الحرارة جزءًا لا يتجزأ من التعليم في المواد ذات الصلة ، مثل مناهج الهندسة الكيميائية أو الميكانيكية. التصنيع و HVAC (التدفئة والتهوية وتبريد الهواء) هي أمثلة على الصناعات التي تعتمد بشكل كبير على الديناميكا الحرارية ومبادئ نقل الحرارة. العلوم الحرارية والفيزياء الحرارية من مجالات التعليم العليا التي تتعامل مع نقل الحرارة.