أسرع المعادن في توصيل الحرارة

أعلى المواد في توصيل الحرارة

تختلف المواد في قدرتها على توصيل الطاقة الحرارية نتيجة لعدة عوامل، أبرزها التركيب البلوري للمادة. يعتبر الفضة من أفضل المواد الناقلة للحرارة، وهو أيضاً يعد الأكثر عكساً للضوء.

أساليب انتقال الحرارة

ينجم عن اختلاف درجات الحرارة انتقال الحرارة من المناطق الساخنة إلى الباردة. وتعتمد آليات انتقال الحرارة على الحالة الفيزيائية للمواد، حيث تختلف طرق نقل الحرارة في المواد الصلبة عنها في السوائل. فيما يلي تفاصيل تلك الأساليب:

التوصيل الحراري

يعرف انتقال الطاقة الحرارية بين جزيئات المادة المتجاورة بالتوصيل، والذي يحدث نتيجة لفروق درجات الحرارة بين هذه الجزيئات. يمكن تمثيل هذا المفهوم رياضياً من خلال المعادلة التالية:

• التوصيل الحراري = – ثابت الموصلية الحرارية للمادة × مساحة المقطع العرضي للمادة × فرق درجات الحرارة بين جانبي المادة.

تشير الإشارة السالبة إلى أن الحرارة تنتقل من المناطق الأكثر حرارة إلى الأقل حرارة، مما يتطلب ضرب القيمة بقيمة سالبة لتصبح النتيجة النهائية موجبة. يتفاوت ثابت الموصلية بين المواد، مما ينتج عنه تفاوت في كفاءة توصيل الحرارة؛ حيث يدل ارتفاع قيمة الثابت على زيادة فعالية المادة في انتقال الحرارة.

التوصيل بالحمل

تطبق طريقة الحمل الحراري بشكل رئيسي على السوائل والغازات. عندما تكتسب جزيئات السائل الطاقة، تسخن مما يؤدي إلى انخفاض كثافتها. وبالتالي، يرتفع السائل الساخن إلى الأعلى، لتحل محله جزيئات سائلة ذات حرارة أقل. هذا يتيح انتقال الحرارة بشكل دوري إلى جميع أجزاء السائل. مثال على ذلك هو الهواء في الغلاف الجوي، حيث يرتفع الهواء القريب من سطح الأرض نتيجة تسخينه، ليترك مكانه للهواء الأبرد.

التوصيل بالإشعاع

بخلاف الطرق الأخرى لتوصيل الحرارة، لا يتطلب التوصيل بالإشعاع وجود اتصال مباشر بين مصدر الحرارة والمادة. يقوم الإشعاع الحراري بنقل الحرارة من المصدر إلى المواد الأخرى عبر الأشعة تحت الحمراء، التي تعد نوعاً من الأشعة الكهرومغناطيسية. تشع الأجسام الطاقة عندما تنتقل الإلكترونات من مدارات أعلى إلى أخرى أقل حول الذرة، مما يطلق هذه الطاقة على شكل موجات كهرومغناطيسية تسير بسرعة الضوء، وتمر عبر الفراغ دون الحاجة إلى وسيط، مثل الأشعة التي تشع من الشمس وتتجه نحو كوكب الأرض.