يسخن وعاء فلزي موضوع على موقد بطريقة وما هي طرق نقل الحرارة
يعتبر تسخين وعاء فلزي على الموقد مثالا شائعا لنقل الحرارة عن طريق التوصيل الحراري. تنتقل الحرارة من اللهب إلى سطح الوعاء، ثم من سطح الوعاء إلى الطعام الموجود فيه. ويعتبر تسخين وعاء فلزي على الموقد مثالا شائعا لنقل الحرارة عن طريق التوصيل الحراري. تنتقل الحرارة من اللهب إلى سطح الوعاء، ثم من سطح الوعاء إلى الطعام الموجود فيه. ويمكن تفسير ذلك من خلال السطور التالية في موقع موسوعة
يسخن وعاء فلزي موضوع على موقد بطريقة
يتم تسخين وعاء فلزي على موقد بطريقة التوصيل الحراري، ويتم أيضا تسخين وعاء معدني على موقد باستخدام تقنية التوصيل الحراري. يحدث التوصيل الحراري عندما يتم نقل الطاقة الحرارية من جسم ساخن إلى جسم بارد عن طريق الاتصال المباشر. في حالة الوعاء المعدني على الموقد، يقوم اللهب الساخن بنقل الطاقة الحرارية إلى الوعاء المعدني.
يحدث أيضا التوصيل الحراري بين جزيئات نفس المادة. في حالة الطهي، ينتقل الحرارة من جزيئات الموقد إلى جزيئات الوعاء، ثم تنتقل الحرارة من جزيئات الوعاء إلى الطعام الذي يحتويه.
ما هو التوصيل الحراري
التوصيل الحراري هو نقل الحرارة من جسم ساخن إلى جسم بارد عن طريق التماس المباشر. في حالة الطهي، يتم نقل الحرارة من الموقد الساخن إلى الوعاء البارد عن طريق لمس سطح الموقد والوعاء.
عوامل سرعة التوصيل الحراري
هناك العديد من العوامل التي تؤدي إلى زيادة سرعة نقل الحرارة، ومن بين هذه العوامل التالية:
- التركيب الكيميائي للمادة: بشكل عام، تعتبر المعادن أفضل موصلات للحرارة من المواد غير المعدنية. ويعود ذلك إلى وجود بنية بلورية منتظمة في المعادن تسمح بنقل الحرارة بسهولة بين الذرات والجزيئات. بينما المواد غير المعدنية، مثل البلاستيك والخشب، لها بنية غير منتظمة وتعوق نقل الحرارة بينها.
- الترتيب الذري للمادة: تتنقل الحرارة في المواد الصلبة عن طريق الاهتزازات الحرارية للذرات والجزيئات. كلما كان ترتيب الذرات في المادة أكثر منتظما، زادت كفاءة انتقال الحرارة من خلال الاهتزازات الحرارية.
- درجة الحرارة للمادة: تزداد سرعة نقل الحرارة في المادة مع زيادة درجة الحرارة. يحدث ذلك لأن الذبذبات الحرارية تصبح أكثر قوة عند درجات الحرارة العالية.
- الكثافة للمادة: تعتمد سرعة التوصيل الحراري أيضا على كثافة المادة. وكلما زادت كثافة المادة، زاد انتقال الحرارة بينها بكفاءة أعلى.
ما هي أفضل الفلزات الموصلة للحرارة
أفضل الفلزات التي توصل الحرارة هي تلك التي تحتوي على بنية بلورية متماسكة وكثيفة، حيث تترابط ذراتها بروابط قوية. ووجود الإلكترونات الحرة في الفلزات يسهم في زيادة قدرتها على التوصيل الحراري، ومن الأمثلة على ذلك:
- الفضة هي أفضل مادة موصلة للحرارة بين جميع المواد المعروفة، حيث يبلغ قيمة التوصيل الحراري لها 429 واط / (متر كلفن)، وتستخدم الفضة على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة بكفاءة عالية، مثل تصنيع أشباه الموصلات وإنتاج المكثفات وتصنيع سخانات الطعام.
- النحاس هو مادة موصلة جيدة للحرارة، حيث يبلغ قيمة التوصيل الحراري له 385 واط/(م·كلفن). يتم استخدام النحاس في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة بكفاءة عالية، مثل تصنيع الأسلاك الكهربائية وإنتاج المبادلات الحرارية وتصنيع سخانات المياه.
- قيمة التوصيل الحراري للألومنيوم تبلغ 235 واط/(م·كلفن)، ويستخدم في التطبيقات التي تحتاج إلى نقل حرارة بكفاءة عالية، مثل تصنيع المبادلات الحرارية وسخانات المياه وعلب المشروبات.
- يبلغ قيمة التوصيل الحراري للرصاص 35 واط/(م·كلفن)، ويستخدم الرصاص في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة بكفاءة عالية مثل صناعة البطاريات وصناعة سخانات المياه.
- السيليكون يعتبر موصلا جيدا للحرارة، حيث يبلغ قيمة التوصيل الحراري له 150 واط/(م·كلفن)، كما يستخدم السيليكون في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة بكفاءة عالية، مثل صناعة أشباه الموصلات وإنتاج المكثفات.
ما هي طرق نقل الحرارة ؟
هناك أكثر من طريقة يمكن من خلالها نقل الحرارة من جسم إلى آخر، ومن هذه الطرق ما يلي:
- التوصيل الحراري (conduction): يحدث تنقل الحرارة بالتوصيل عندما يتم نقل الطاقة الحرارية من جسم ساخن إلى جسم بارد عن طريق الاتصال المباشر بينهما. وتعتمد سرعة نقل الحرارة بالتوصيل على نوع المادة ودرجة حرارتها ومساحة السطح الملامس.
- الإشعاع الحراري (radiation): يحدث نقل الحرارة عن طريق الإشعاع عندما تنتقل الطاقة الحرارية على شكل موجات كهرومغناطيسية، ولا يتطلب الإشعاع الحراري وجود جسيمات أو وسط مادي لنقل الحرارة.
- الحمل الحراري (convection): يحدث نقل الحرارة بالحمل عندما تتحرك الحرارة من منطقة ساخنة إلى منطقة باردة عبر حركة السوائل أو الغازات. وتحدث هذه الحركة بسبب اختلاف الكثافة بين السوائل أو الغازات الساخنة والباردة، حيث تكون السوائل أو الغازات الساخنة أقل كثافة من السوائل أو الغازات الباردة، مما يؤدي إلى صعودها للأعلى وتحرك السوائل أو الغازات الباردة للأسفل.
تطبيقات على نقل الحرارة
هناك العديد من الأمثلة والتطبيقات التي يمكن من خلالها توضيح عملية نقل الحرارة، ومن بين هذه التطبيقات ما يلي:
- التبريد والتكييف: يعتمد التبريد والتكييف على نقل الحرارة من الهواء الموجود داخل الغرفة إلى الهواء الخارج. يتم ذلك من خلال عملية تسمى الدورة التبريدية، حيث يتم تحويل سائل التبريد من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، ثم مرة أخرى إلى الحالة السائلة. خلال هذه العملية، يتم امتصاص الحرارة من الهواء الموجود داخل الغرفة، مما يؤدي إلى تبريده.
- الغلايات: تستخدم الغلايات لإنتاج البخار أو الماء الساخن، ويتم ذلك عن طريق تسخين الماء في وعاء مغلق، وتنتقل الحرارة من اللهب إلى الماء عن طريق التوصيل الحراري.
- المبادلات الحرارية: يتم استخدام المبادلات الحرارية لنقل الحرارة من مادة إلى أخرى، حيث تتألف من أنابيب أو ألواح تفصل بين المواد. يتم نقل الحرارة عن طريق هذه الأنابيب أو الألواح عن طريق التوصيل الحراري أو الحمل الحراري أو الإشعاع الحراري.
- السخانات الشمسية: يمكن استخدام الطاقة الشمسية لتسخين المياه. يتم ذلك عن طريق امتصاص الطاقة الشمسية بواسطة الألواح الشمسية. تنتقل الحرارة من الألواح الشمسية إلى المياه عن طريق الإشعاع الحراري.