روش های انتقال حرارت

برخورد ذرات

هر چیزی که هم جرم و هم حجم داشته باشد و فضا را اشغال کند ، ماده نامیده می­شود . ماده به اشکال مختلف فیزیکی – به حالت جامد، مایع و گاز- وجود دارد. روش های انتقال حرارت متفاوت است. در این مقاله به شرح آن ها خواهیم پرداخت.

همه مواد از ذرات ریزی به نام اتم ، مولکول و یون ساخته شده اند. این ذرات ریز همیشه در حال حرکت هستند به نحوی که یا به یکدیگر برخورد می کنند و یا به جلو و عقب ارتعاش می کنند.

این حرکت ذرات ، نوعی انرژی به نام انرژی گرمایی (یا حرارتی) ایجاد می کند که در همه مواد وجود دارد. در واقع ، انرژی گرمایی پیرامون ما را  فراگرفته است برای مثال در آتشفشان ها ، کوه های یخی و بدن انسان. انرژی گرمایی را می توان از یک جسم به جسم دیگر منتقل کرد.

این انتقال ناشی از اختلاف دما بین دو جسم را گرما می نامند. به عنوان مثال ، یک تکه یخ دارای انرژی گرمایی است و یک لیوان آبلیمو نیز همینطور. اگر یخ را در آبلیمو قرار دهید ، لیموناد (که گرمتر است) مقداری از انرژی گرمایی خود را به یخ منتقل می کند.

به عبارت دیگر ، یخ را گرم می کند. در نهایت ، یخ ذوب می شود  و کل محلول به تعادل گرمایی می­رسد.

ذرات موجود در جامدات فقط می توانند ارتعاش کنند. ذرات موجود در مایعات می توانند با غلتیدن روی یکدیگر و سر خوردن به اطراف حرکت کنند.

در گازها ، ذرات با حرکت سریع و تصادفی ،آزادانه حرکت می کنند. در دمای بالاتر ، ذرات انرژی بیشتری دارند.

مقداری از این انرژی می تواند به ذرات دیگری که در دمای پایین تری هستند منتقل شود. به عنوان مثال ، در حالت گاز ، وقتی ذره ای سریع حرکت می کند و ذره ای دیگر کندتر حرکت می کند ، مقداری از انرژی خود را به دیگری منتقل می کند و سرعت آن ذره را افزایش می دهد.

اگر گرما دادن را ادامه بدهیم ، حرکت ذرات در جامد افزایش یافته و بر پیوندهای مولکولی بین ذرات غلبه می کندو باعث می­شود که   ماده از جامد به مایع تغییر فاز دهد (ذوب) اگر حرکت ذرات در مایع بیشتر شود ، مرحله ای حاصل می شود که مایع به گاز تبدیل می شود (تبخیر ).

با گرمتر شدن ماده ، ذرات آن با سرعت بیشتری از هم دور می­شوند و انرژی گرمایی را با خود حمل می­کنند. سیال گرم چگالی کمتری نسبت  به سیال سرد دارد.

سه روش انتقال انرژی گرمایی

1.همرفت

روش همرفت  بیشتر در  گازها و مایعات اتفاق می­افتد . مولکول­های گاز پس از گرم شدن به طرف بالا حرکت می­کند و مولکول های با دمای کمتر به سمت پایین حرکت می کند ، و پس از گرم شدن به طرف بالا حرکت می­کند. این جریان دایره ای ،جریان همرفتی نامیده می­شود.

2. هدایت

از آنجا که در مواد جامد ذرات به یکدیگر نزدیکتر هستند ، گرما به روش هدایت منتقل می­شود. در این روش با انتقال مستقیم گرما از یک ذره به ذره دیگر ، انرژی گرمایی ذرات در ماده جامد افزایش می­یابد.

3. تابش – تشعشع

تابش روشی برای انتقال گرما است که برای حمل انرژی گرمایی به ذرات نیاز ندارد. در عوض ، گرما درقالب امواج مادون قرمز منتقل می شود (بخشی از طیف امواج الکترومغناطیسی ).

امواج گرما از اجسام داغ به هر طرف تابش می شوند و با سرعت نور حرکت می کنند تا اینکه به جسم دیگری برخورد کنند.

وقتی این اتفاق می افتد ، انرژی گرمایی منتقل شده توسط امواج می تواند جذب شود یا منعکس شود.

اثر گرما بر انبساط

وقتی گازها ، مایعات و جامدات گرم می شوند ، منبسط می شوند و با سرد شدن ، منقبض می شوند . انبساط گازها و مایعات به این دلیل است که ذرات هنگام گرم شدن از هم فاصله بیشتری می­گیرند ، بنابراین فضای بیشتری را اشغال می کنند.

اگر گاز یا مایع در یک ظرف بسته گرم شود ، ذرات با جداره ظرف برخورد می کنند و  باعث افزایش فشار می شود . هرچه تعداد برخورد بیشتر باشد ، فشار بیشتر خواهد بود. برای مثال وقتی خانه ای در آتش می­سوزد ، پنجره ها به سمت بیرون منفجر می شوند.

این رویداد به این دلیل است که هوای داخل خانه گرم شده و مولکول های مرتعش با سرعت زیادی به دیوارها ، سقف ، کف و پنجره ها فشار می آورند.

از آنجا که پنجره ها ضعیف ترین قسمت ساختار خانه هستند ، در اثر فشار وارده منفجر می­شوند.