آليات انتقال الحرارة

ان اتنقال الحرارة بين الاجسام يعني انتقال الطاقة الحرارية من الجزء الساخن الى الجزء البارد. فاذا عرفنا ان الحركة الاهتزازية لجسيمات المادة تمثل معظم الطاقة الحرارية قي المادة ، فان جسيمات الجزء الساخن تكون ذات سعة اهتزازية اكبر من جسيمات الجسم البارد ونتيجة لتصادم الجسيمات مع الجسيمات المجاورة لها تنتقل اليها جزءا من الطاقة الحرارية وعندها يتوقف انتقال الحرارة.


يتم بواسطة التصادمات الجزيئية وتسمى هذه الطريقة لأنتقال الحرارة في الاجسام الصلبة بالتوصيل ، وتكون المعادن جيدة التوصيل الحراري وبصورة عامة تكون الموصلات الكهربائية الجيدة موصلات حرارية جيدة لأن اليكترونات التكافؤ تتحرك بحرية تامة تقريبا خلال المعادن حاملة معها الحرارة الى اجزاء المعدن المختلفة.


يعرف الحمل على انه طريقة انتقال الحرارة من مكان الى اخر خلال السوائل والغازات وذلك بحركة جزيئات مادة الوسط نفسها من مكان الى آخر على عكس حركة جزيئات المادة الصلبة خلال عملية التوصيل الحراري والتي لا تتضمن حركة الجزيئات من مكان الى آخر اذ تنتقل الحرارة من جزيء الى آخر بالاتصادم. ومن امثلة انتقال الحرارة بالحمل هو تدفئة الغرفة في الشتاء بواسطة المدفئه . اذ تمتص جزيئات الهواء او السائل كمية من الحرارة من الجزء الساخن فيتمدد الهواء أي تقل كثافته فينتقل الى الجهة الاخرى (الى الاعلى) لتمتزج هذه الجزيئات مع جزيئات الهواء الاقل طاقة حرارية تكتسبها كمية من الحرارة التي انتصتها. ان انتقال المادة (غاز او سائل) من المنطقة ذات الدرجة الحرارية العالية الى المنطقة ذات الدرجة الحرارية الواطئة يولد تيارا يسمى تيار الحمل الحراري يعرف بانه كمية الحرارة المكتسبة او المفقودة من قبل السطح الملامس للغاز او السائل خلال وحدة الزمن.
اعتمادا على الطريقة التي يتولد بها تيار الحمل فانه يكون بصورة عامة على نوعين هما
تيار الحمل الطبيعي: اذا كان ناتجا عن تغير كثافة الوسط.
تيار الحمل الاضطراري:اذا كان ناتجا عن تاثير اصطناعي كاستخدام المروحة او المضخة
وتعد طريقة الحمل من الطرق الفعالة لأنتقال الحرارة وتشكيل تيارات الحمل الهوائية في المناطق الساحلية والجبلية وعند خط الاستواء والقطبين وفي المناطق المدارية
تنتقل الحرارة دائما من الجزء الساخن الى الجزء البارد ويعرف التيار الحراري كمية الحرارة (dQ) المنتقلة لمقطع في المادة خلال فترة زمنية (dt)
التيار الحراري المنتقل بالحمل
H = dQ/dt (cal1/sec) or (J/sec)
وجد عمليا ان التيار الحراري (H) يتناسب طرديا مع مساحة المقطع العرضي والميل الحراري (dT/dx)
H ? A dT/dx
H = KL A dT/dx
dQ/dt = KL A dT/dx
dQ .dx = KL A.dt.dT
?_0^Q??dQ?_0^L??dx=A K ?_0^t??dt ?_T1^T2?dT???
QL = A.KL(T2 – T1)t
Q = (K A(T2-T1)t)/L Cal
حيث ان KL هو معامل التوصيل الحراري وحداته (J/sec.m.K) او (W/ m.K)



سلك معدني طوله (1.5 م) ومساحته (2 سم2) وضع الطرف الاول في وسط درجة حرارته (100م0) والطرف الآخر في وسط درجة حرارته (صفر م0) جد 1-كمية الحرارة المنتقلة خلال السلك بزمن مقداره (10 دقائق) 2- الميل الحراري 3- التيار الحراري علما ان
((KL=0.2 cal/m.secK