الفرق بين الحمل والتوصيل

جدول المحتويات:

الفرق الرئيسي - الحمل الحراري مقابل التوصيل
ما هو التوصيل
ما هو الحمل
الفرق بين الحمل والتوصيل

الفرق الرئيسي - الحمل الحراري مقابل التوصيل

الحمل و التوصيل كلا آليات نقل الحرارة. ال الفرق الرئيسي بين الحمل والتوصيل هو ، أنان الحمل الحراري ، يتم نقل الحرارة من خلال تدفق كتلة من المواد بينما ، في التوصيل ، تنتقل الحرارة من خلال اصطدام الجسيمات التي تشكل المادة.

ما هو التوصيل

الجسيمات التي تتكون منها المادة هي دائمًا في حالة حركة. عندما تزداد درجة الحرارة ، تمتلك الجسيمات طاقات حركية أكبر ، وبالتالي فإنها تهتز بسعة أكبر. أثناء التوصيل ، يقرع الجسيم المهتز جسيمًا مجاورًا ، وينقل الطاقة إلى ذلك الجسيم. يهتز هذا الجسيم الآن بسعة أكبر ، ويمكن أن يصطدم مع ذرة مجاورة أخرى ، مما يمنحه طاقة. يمكن أن تستمر عملية نقل الطاقة هذه من أحد طرفي الجسم إلى الطرف الآخر. نظرًا لأن الزيادة في الطاقة الحركية للجسيمات تظهر جسديًا كزيادة في درجة الحرارة ، فإن الزيادة التدريجية في الطاقات الحركية للجسيمات على طول الجسم تترافق مع زيادة تدريجية في درجة الحرارة على طول الجسم. تسمى هذه العملية ، حيث تنتقل الحرارة نتيجة تصادم الجسيمات التوصيل.

تتميز قدرة المادة على نقل الحرارة عبر التوصيل بالموصلية. معدل انتقال الحرارة ،

أو التيار الحراري ، بين جسمين لهما اختلاف في درجة الحرارة

اعطي من قبل

أين

هي مساحة المقطع العرضي وطول الموصل الذي ينقل الحرارة على التوالي. الرسالة

هل توصيل حراري، تقاس بوحدات W m^-1 ك^-1.

كما يتضح من المعادلة ، فإن معدل انتقال الحرارة يتناسب طرديًا مع اختلاف درجة الحرارة ومنطقة المقطع العرضي للموصل ، ويتناسب عكسيًا مع طول الموصل. تعتمد قيمة التوصيل الحراري على الخصائص المجهرية للمادة. المعادن موصلات حرارية جيدة لأنها تحتوي على عدد كبير من الإلكترونات الحرة التي يمكن أن تصطدم بحرية لنقل الطاقة. في غضون ذلك ، فإن الأيونات التي تشكل الشبكة تهتز حول المواضع الثابتة أيضًا تتصادم وتنقل الحرارة. ومع ذلك ، فإن الإلكترونات الحرة هي المسؤولة عن معظم انتقال الحرارة في المعادن.

ما هو الحمل

الحمل الحراري هو آلية انتقال الحرارة في المواد من خلال التدفق الكتلي للمادة. هنا ، من أجل نقل الحرارة ، تتحرك أجزاء من المادة نفسها - أي هناك انتقال للكتلة داخل المادة. عادة ، يحدث الحمل الحراري في السوائل. ومع ذلك ، يمكن رؤية تأثيرات الحمل الحراري أحيانًا في المواد الصلبة ، كما في حالة الصفائح التكتونية. يوضح الرسم البياني أدناه الأنماط الدوامية للحمل الحراري المتكون من البخار المتصاعد من فنجان قهوة:

بدأت تيارات الحمل بالتشكل في البخار المتصاعد من كوب من السائل الساخن

الحمل الحراري عملية معقدة ولا توجد معادلة بسيطة تصفها بشكل كامل. ومع ذلك ، يمكننا الاستفادة من تقريب الحالات التي يتم فيها تسخين سائل باستخدام سطح صلب. لهذه الحالات ، معدل نقل الحرارة

اعطي من قبل،

أين

هي مساحة السطح التي تنتقل الحرارة من خلالها ،

هي درجة حرارة المادة الصلبة ،

هي درجة حرارة الهواء.

يُعرف باسم معامل انتقال الحرارة الحراري. يعتمد هذا المعامل على عدد من الخصائص بما في ذلك الكثافة واللزوجة ومعدل تدفق السائل. وحدة معامل انتقال الحرارة الحراري W m^-2 ك^-1.

لاحظ أن السوائل التي تنقل الحرارة عبر الحمل الحراري تنقل الحرارة أيضًا عبر التوصيل. إذا كان التوصيل فعالًا للغاية ، فيمكنه منع تكوين التيارات الحرارية وإعاقة انتقال الحرارة بالحمل الحراري. يمكن العثور على ما إذا كانت آلية نقل الحرارة السائدة هي التوصيل أو الحمل الحراري للسائل عن طريق حساب رقم يعرف باسم رقم رايلي.

يوضح الرسم البياني أدناه الحالات التي يكون فيها كل نوع من الأنواع الثلاثة لآلية نقل الحرارة هو السائد.