 |
| طرق انتقال الحرارة |
وقد عرفت الحضارة الإنسانية التبريد منذ القدم، واستفادت منه بغرض حفظ الأغذية عند توافرها لاستخدامها في أوقات الندرة، أو لتبريد الماء. ولفهم عملية التبريد لابد من فهم مبادئ الحرارة وطرق انتقالها .
الحرارة
ويمكن تعريف الحرارة بأنها صورة من صور الطاقة المختلفة في حالة انتقال وسريان. وكمبدأ عام يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى (قانون بقاء الطاقة) وجميع المواد في الكون تحتوي على كميات متفاوتة من الحرارة حيث التعبير بالبرد أو الحر هو تعبير نسبي فإذا قلنا الكأس بارد يكون بارداً بالنسبة لأيدينا لكنه قد يكون حاراً مثلا بالنسبة لقطعة من الأيس كريم وهكذا.ونستطيع القول بأن جميع الأجسام لديها قدر من الحرارة إذا كانت درجة حرارتها أعلى من درجة الصفر المطلق (460 فهرنهيت أو -273 كلفن) أي أنه يمكن التعبير عن درجة الصفر المطلق بأنه درجة الحرارة التي تنعدم عندها الطاقة الحرارية للأجسام.
انتقال الحرارة
تنتقل الحرارة من المادة ذات درجة الحرارة الأكبر إلى المادة ذات درجة الحرارة الأقل وتتوقف عملية الانتقال بين المادتين عندما تتساوى المادتان في درجة الحرارة وتسمى هذه الحالة (حالة الاتزان أو الاستقرار) الحراري ويلاحظ أن عملية انتقال الحرارة لا تعتمد على كمية الحرارة أو (كتلة الجسم) ولكن تعتمد على مستوى الحرارة والذي يعرف بدرجة الحرارة.
ويمكن تعريف درجة الحرارة بأنها المؤشر أو المستوى الذي يبين حالة الجسم الحرارية من حيث انتقال الحرارة منه أو إليه إذا تلامس مع جسم آخر.
ويعتمد معدل انتقال الحرارة بين جسمين على الفرق بين درجتي الحرارة لهما حتى ينعدم الانتقال عند تساوي الجسمين في درجتي الحرارة. وتنتقل الحرارة بإحدى الطرق التالية (التوصيل - الحمل - الإشعاع).
انتقال الحرارة بالتوصيل Conduction
انتقال الحرارة بالتوصيل هو سريانها خلال جسم أو مادة أو عبر جسم إلى آخر يجاوره ويتم ذلك بين مستويين مختلفين من حيث درجة الحرارة أي أن درجة حرارة أحد المستويين أكبر من الآخر واتجاه سريان الحرارة يكون دائما من المستوى أو الجسم الأعلى إلى المستوى أو الجسم الأقل في درجة حرارة. |
| انتقال الحرارة بالتوصيل |
وأبسط الأمثلة لانتقال الحرارة بالتوصيل . قضيب معدني سخن أحد طرفيه من مصدر حراري يشعر لامس الطرف الثاني بعد فترة بدفء هذا الطرف وارتفاع درجة حرارته نتيجة انتقال الحرارة إليه بالتوصيل ومعدل انتقال الحرارة بالتوصيل بين مستويين داخل مادة صلبة يتأثر بعوامل ثلاثة هي:
- معامل التوصيل الحراري (كلما زاد المعامل كلما زاد معدل انتقال الحرارة).
- الفرق بين درجتي حرارة المستويين (كلما زاد الفرق كلما زاد معدل سريان الحرارة).
- المسافة بين المستويين ( كلما زادت المسافة بين المستويين كلما قل معدل سريان الحرارة).
انتقال الحرارة بالحمل Convection
يحدث انتقال الحرارة بالحمل عندما تتحرك الحرارة من مكان إلى آخر بواسطة تيارات الحمل داخل المادة ولابد أن تكون المادة مائعا (غاز أو سائل) وتيارات الحمل قد تكون طبيعية أو حرة ويسمى الحمل حرا أو الحمل الحر يكون بسبب أن جزيئات المائع الأبرد تكون كثافتها أكبر فتتجه إلى أسفل بسبب الجاذبية الأرضية وجزيئات المائع الحار تكون كثافتها أقل فترتفع إلى أعلى. أما تيارات الحمل التي تكون بسبب عامل خارجي بمروحة أو بمضخة يسمى حمل جبري أو قسري. والحمل هو أكثر طرق انتقال الحرارة في مبخرات دوائر التبريد.مثال الثلاجة المنزلية عندما يلامس الهواء أنابيب المبخر فإنه يبرد ويحمل البرودة إلى أسفل فيلاقى المنتجات الحارة فيسخن ويرتفع إلى أعلى حتى يلامس الأنابيب مرة أخرى وهكذا.
ويتوقف معدل انتقال الحرارة بالحمل بين سطح جسم صلب ومائع على العوامل الآتية:
- فرق درجة الحرارة بين السطح والمائع.
- نوع السطح وخصائصه.
- نوع المائع وخصائصه.
- سرعة تحرك المائع على السطح ملامسته له.
- مساحة سطح التبادل الحراري بين المائع والسطح.
انتقال الحرارة بالإشعاع
يتم انتقال الحرارة بالإشعاع إذا كان هذا الانتقال من مصدر حراري إلى جسم ما واعترض طريق الانتقال مادة لم تتأثر بهذه الحرارة أو حتى لم يعترض طريق الانتقال أي مادة.وذلك مثل أشعة الشمس حيث لا توجد مادة تعمل كناقل للحرارة حيث تمر حرارة الإشعاع خلال المواد الشفافة دون أن تسخنها
وتنتقل حرارة الإشعاع في خطوط مستقيمة بنفس طريقة انتقال الضوء وكذلك يمكن أن تعكس بواسطة السطوح المصقولة. تستخدم بعض أنظمة التسخين هذه الطريقة مع ملفات التسخين وأنابيب الماء الساخن أو البخار من الجدران والأسقف والأرضيات.