كتب انتقال الحرارة
اذا لم تجد ما تبحث عنه يمكنك استخدام كلمات أكثر دقة.
انتقال الحرارة (معلومة)
انتقال الحرارة هو فرع من الهندسة الحرارية يهتم بتوليد الطاقة الحرارية (الحرارة أو كمية الحرارة) واستخدامها وتحويلها وتبادلها بين المنظومات الفيزيائية. يصنف انتقال الحرارة إلى آليات مختلفة مثل التوصيل الحراري، والحمل الحراري، والإشعاع الحراري، وانتقال الطاقة بالتحولات الطورية. يدرس المهندسون أيضًا انتقال الكتلة مختلفة الصنف الكيميائي، سواءً ساخنة أو باردة، لتحقيق انتقال الحرارة. في حين تتمتع هذه الآليات بمزايا مختلفة، فإنها غالبًا ما تحدث بشكل متزامن في نفس المنظومة.
توصيل الحرارة، ويسمى أيضًا الانتشار الحراري، هو التبادل الميكروسكوبي المباشر للطاقة الحركية للجزيئات عبر حدود المنظومتين. حين يمتلك شيء ما درجة حرارة مختلفة عن جسم آخر أو عن محيطه، تتدفق الحرارة حتى يصل الجسم ومحيطه إلى نفس درجة الحرارة، فيما يدعى بالتوازن الحراري. يحدث انتقال الحرارة العفوي (الطبيعي) هذا دائمًا من منطقة ذات درجة حرارة مرتفعة إلى منطقة أخرى منخفضة درجة الحرارة، كما يصف قانون الديناميكا الحراري الثاني.
يحدث انتقال الحرارة بالحمل عندما يحمل تيار جارٍ من المائع (سائل أو غاز) المتدفق الحرارة مع تدفق المادة في المائع. قد يكون تدفق المائع مدفوعًا بعمليات خارجية، أو في بعض الحالات (في الحقول الثقالية) بواسطة قوى الطفو التي يسببها تمديد الطاقة الحرارية للمائع (كما في أعمدة الدخان)، مؤثرةً بذلك على انتقالها نفسها -أي الطاقة الحرارية-. غالبًا ما تدعى العملية الأخيرة «الحمل الطبيعي». كل العمليات الحملية تحرك الحرارة جزئيًّا بالانتشار (التوصيل) أيضًا. شكل آخر من الحمل هو الحمل القسري. في هذه الحالة يجبر المائع على الجريان باستخدام مضخة، أو مروحة، أو وسيلة ميكانيكية أخرى.
يحدث الإشعاع الحراري عبر الخلاء أو أي وسط شفاف (صلب أو سائل أو غاز). وهو انتقال الطاقة عن طريق الفوتونات في الموجات الكهرطيسية والمحكوم بنفس القوانين.
لمحة عامة
تعرف الحرارة في الفيزياء على أنها انتقال الطاقة الحرارية عبر حدود معرفة تمامًا في أرجاء منظومة ترموديناميكية. الطاقة الترموديناميكية الحرة هي كمية العمل الذي يمكن أن يؤديه نظام ترموديناميكي ما. الإنتالبي (المحتوى الحراري) هو القدرة الترموديناميكية الكامنة، يشار إليها بالحرف H، والتي هي مجموع الطاقة الداخلية للنظام U زائد جداء الضغط P بالحجم V. الجول هي واحدة لقياس كمية الطاقة، أو العمل، أو كمية الحرارة.
يُعد انتقال الحرارة تابعًا للعملية (أو تابعًا للمسار)، للتمييز بينه وبين تابع الحالة؛ لذا، تعتمد كمية الحرارة المنتقلة في عملية ترموديناميكية تغير حالة نظام ما على كيفية حدوث تلك العملية، وليس الفرق الصافي بين الحالتين النهائية والبدائية للعملية فحسب.
يُحسب انتقال الحرارة الميكانيكي والترموديناميكي بمعامل انتقال الحرارة، وهو مقدار التناسب بين التدفق الحراري والقوة الترموديناميكية التي تقود جريان تيار الحرارة. التدفق الحراري تمثيل كمي شعاعي لجريان الحرارة عبر سطح ما.
يعتبر مصطلح الحرارة، في السياق الهندسي، مكافئًا للطاقة الحرارية. لهذا الاصطلاح جذوره التاريخية في التفسير التاريخي للحرارة على أنها مائع (كالوريّ) يمكن انتقاله لأسباب متنوعة، وهذا يشيع أيضًا في استخدام العوام وفي الحياة اليومية.
تتشابه معادلات الانتقال الخاصة بالطاقة الحرارية (قانون فورييه)، مع انتقال العزم الميكانيكي (قوانين نيوتن للموائع)، وانتقال الكتلة (قوانين فيك للانتشار)، وقد طُورت تشابيه بين هذه العمليات الثلاث لتسهيل توقع التحول من إحداها إلى أخرى.
تهتم الهندسة الحرارية بتوليد، واستخدام، وتحويل، وتبادل انتقال الحرارة. وهكذا، يدخل انتقال الحرارة في كل قطاعات الاقتصاد تقريبًا. يصنف انتقال الحرارة إلى آليات متعددة، كالتوصيل الحراري، والحمل الحراري، والإشعاع الحراري، وانتقال الطاقة بالتغيرات الطورية.
آليات انتقال الحرارة
الأوضاع الرئيسية لانتقال الحرارة هي:
النقل
النقل هو آلية انتقال مائع من مكان إلى آخر، وهو يتعلق بحركة وعزم هذا المائع.
التوصيل أو الانتشار
انتقال الحرارة بين الأجسام المتلامسة ماديًّا. التوصيل الحراري هو خاصية المادة المتعلقة بتوصيلها للحرارة ويقاس بشكل أساسي من خلال قانون فورييه للتوصيل الحراري.
الحمل
انتقال الطاقة بين جسم والوسط المحيط به، بسبب حركة المائع. تعد درجة الحرارة الوسطية مرجعًا لقياس الخواص المتعلقة بانتقال الحرارة بالحمل.
الإشعاع
انتقال الطاقة بانبعاث الإشعاع الكهرطيسي.
النقل
بنقل المادة، تتحرك الطاقة -بما فيها الطاقة الحرارية- عبر الانتقال الفيزيائي لجسم حار أو ساخن من مكان إلى آخر. يمكن لهذا أن يكون ببساطة وضع ماء ساخن في قارورة وتسخين سرير، أو حركة جبل جليدي في تيارات المحيط المتغيرة. تتمثل الأمثلة العملية لذلك في الهيدروليك الحراري. يمكن وصف هذا بالمعادلة:
حيث:
