قياس معامل التوصيل الحراري. وسنذكر أيضًا تعريف معامل التوصيل الحراري. سنتحدث أيضًا عن معامل التوصيل الحراري للهواء. وسوف نذكر أيضًا انتقال الحرارة بالتوصيل. كل هذه المواضيع تجدونها في هذه المقالة.
قياس معامل التوصيل الحراري
1- التوصيل الحراري هو عملية نقل الطاقة من الجزء الأكثر حرارة في الجسم إلى الجزء الأكثر برودة. تعكس القيمة العددية لهذه العملية التوصيل الحراري للمادة. هذه الفكرة مهمة للغاية في تشييد وترميم المباني. تسمح المواد المختارة بشكل صحيح بإنشاء مناخ محلي لطيف في الفضاء مع الحفاظ أيضًا على هذه العملية. ستستمر هذه العملية حتى تصل درجة الحرارة إلى التوازن.
2- ولذلك يستغرق القيام بذلك وقتاً معيناً. كلما انخفض مؤشر التوصيل الحراري، زاد الوقت الذي يقضيه في التبادل الحراري. ويستخدم معامل التوصيل الحراري للمادة للتعبير عن هذا المؤشر.
3- في أغلب الأحيان يتضمن الجدول قيماً تم قياسها سابقاً؛ ويعتمد الحساب على كمية الطاقة الحرارية التي تنتقل عبر المساحة السطحية لمادة معينة، وكلما ارتفعت القيمة المحسوبة، زادت سرعة تبديد الجسم لكامل كمية الحرارة.
تعريف معامل التوصيل الحراري
يصف معامل النقل الحراري أو الموصلية كفاءة الغاز أو السائل في نقل الطاقة عبر سطحه وبالتالي تفريغ الطاقة من سطحه. ويعتمد ذلك على الحرارة النوعية والكثافة ومعامل التوصيل الحراري للوسط الذي تنتقل إليه الحرارة، وكذلك للجسم الذي يعطي الحرارة. يتم حساب معاملات انتقال الحرارة عن طريق تحديد الفرق في درجة الحرارة بين الجسمين المتلامسين. ولا يعتبر معامل انتقال الحرارة خاصية محددة للمادة مثل التوصيل الحراري، بل يعتمد على الوسط المحيط وسرعته. يعتمد تدفقها أيضًا على نوع التدفق. وقد تكون صفائحية أو دوامية، وتعتمد أيضًا على شكل السطح. تستخدم معاملات انتقال الحرارة في هندسة البناء كقيم ثابتة، حيث يعمل الجدار العازل كمقاومة لاختراق الحرارة من الداخل إلى الخارج أو العكس.
معامل التوصيل الحراري للهواء
1- أثبت جوزيف بلاك عام 1754 للعالم أجمع أن الغلاف الجوي للأرض (أي الهواء) يتكون من خليط من الغازات المختلفة أهمها الأكسجين والنيتروجين. كما قدم مفهومًا مثل معامل التوصيل الحراري للهواء.
لجميع الكائنات الحية على الأرض من أجل الوجودالهواء، أو بالأحرى، أساس الهواء هو الأكسجين. إن عملية أكسدة الأكسجين الذي يدخل الجسم من الهواء المحيط تنتج طاقة، وبدونها لا استمرار للحياة.
2- يستخدم الأكسجين على نطاق واسع في الإنتاج والحياة اليومية – أثناء الاحتراق، يتم إطلاق الوقود، وفي محركات الاحتراق الميكانيكية، يتم إطلاق الطاقة الميكانيكية. ومن خلال تسييله، يتم إنتاج الغازات النبيلة.
3. إن تكوين الهواء الجوي له تأثير كبير على حياة وصحة كل شخص. تحتوي التركيبة المثالية (“الصحيحة”) على ما يصل إلى 75% من النيتروجين، و24% من الأكسجين، وخليط صغير من الغازات المختلفة: الميثان، والنيون، والكريبتون، والهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون، وما إلى ذلك.
4- وجود المنتجات الصناعية، وزيادة عدد السيارات التي تنبعث منها ملايين الجزيئات البيولوجية والكيميائية (الألدهيدات والأمونيا والأكسيدات والمعادن الثقيلة) إلى الغلاف الجوي، تلوث الجو بشكل كبير، ومعامل التوصيل الحراري للمركبات. فينخفض الهواء مما يؤثر سلباً على الكائنات الحية. تعتبر الانبعاثات الناتجة عن تشغيل محركات السيارات (في هواء المدن الكبيرة 60 بالمائة على الأقل) هي الأكثر ضررًا على جسم الإنسان. المركز الثاني من حيث التلوث ينتمي إلى محطات الطاقة الحرارية، والثالث هو الإنتاج الكيميائي.
5- الخاصية الرئيسية للهواء هي التوصيل الحراري. وبعد العديد من الاختبارات والتجارب، تمكن العلماء من تحديد أن الحرارة في الوسط الغازي تتوزع بثلاث طرق رئيسية: الإشعاع الحراري (نقل طاقة الموجات الكهرومغناطيسية)، والحمل الحراري (تدفق الطاقة المتحركة عبر طبقات الغاز في الفضاء)، والتوصيل. الموصلية الحرارية (حركة عشوائية للجزيئات تعزز استقبال الحرارة من طبقة غاز ذات درجة حرارة أعلى إلى طبقة غاز “دافئة” أقل. في عملية نقل الحرارة، تنقل الجزيئات التي تحتوي على طاقة أكبر جزيئاتها ذات محتوى طاقة أقل. القدرة المميزة على معامل التوصيل الحراري معامل التوصيل الحراري من الهواء يتم تحديد معامل التوصيل الحراري للهواء بالمعادلة:
λ = -d2Qt / gt / gn * dF * dt.
6- معامل التوصيل الحراري للهواء يساوي عددياً كمية الحرارة التي تمر خلال وحدة الزمن عبر وحدة السطوح الحرارية بشرط الدمج أن التدرج = 1. ويعتبر حجمه اللحظي هو النسبة W/ ( م · ك).
وبناء على نتائج التجارب والتجارب تم إنشاء جدول مرجعي يمكن من خلاله تحديد قيم معامل التوصيل الحراري للهواء والمواد الأخرى. بالنسبة لمعظم المواد، يمكن تمثيل معامل انتقال الحرارة كدالة خطية
= 0 * [1 + b * (t-to)] ،
7- حيث α0 هي قيمة المعامل المؤثر على التوصيل الحراري عند 0 = 0 درجة مئوية؛ ب هي قيمة ثابتة محددة تجريبيا.
8- الحرارة أسوأ الغازات. يزداد معامل انتقال الحرارة للغازات مع زيادة درجة الحرارة وهو 0.006 ÷ 0.6 واط / (م ك)، حيث تنتمي أعلى قيمة للهيليوم والهيدروجين. معاملاتها المباشرة للتوصيل الحراري أعلى بخمس أو حتى عشر مرات من الغازات الأخرى. معامل انتقال الحرارة عند 0 درجة مئوية هو 0.0243 واط/(م ك).
9- إن كمية الحرارة التي تحملها طبقات الغاز في عملية التبادل الحراري، إذا لم يتغير اختلاف درجات الحرارة خلال فترة زمنية، يحددها قانون كل عالم فورييه معروف.
انتقال الحرارة بالتوصيل
1- يحدث التوصيل عندما يتلامس جسمان صلبان لهما درجات حرارة مختلفة، حيث تنتقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الأكثر دفئا حتى تتساوى درجات الحرارة بينهما. يمكن تعريف التوصيل على أنه نقل الحرارة من خلال تصادم جزيئات مادتين مختلفتين حرارياً. ويحدث هذا التصادم بين جزيئات المادة الأولى والثانية في منطقة التلامس، فتعطي جزيئات المادة الأكثر دفئا، والتي لها طاقة حركية كبيرة، بعضا من طاقتها الحركية لجزيئات المادة الأخرى، فترتفع درجة حرارتها، والأخيرة تصطدم بجزيئات المادة نفسها، فتنتقل الحرارة عبر أجزائها المختلفة.
2- في الواقع تختلف خاصية التوصيل من جسم إلى آخر. هناك مواد ذات موصلية حرارية عالية وأخرى قليلة. فالمواد الصلبة، على سبيل المثال، لديها موصلية عالية للحرارة، تليها السوائل وأخيرا الغازات التي تعتبر ذات موصلية ضعيفة للحرارة. ويرتبط هذا في الواقع بكثافة جزيئاته. وكما نعلم فإن جزيئات المادة الصلبة تكون متراصة وكثيفة، على عكس المادة الغازية التي تكون متناثرة ومتفرقة، فتصبح احتمالية تصادم الجزيئات فيها أقل.
3- من الأمثلة الشائعة على انتقال الحرارة بالتوصيل هو الشعور بالحرارة التي تنتقل إليك عند لمس الأشياء الدافئة.