ما هي الطريقة التي تنتقل بها الحرارة في الفراغ؟

كتب بواسطة: ليلى مزهر | نشر في

ما هي الطريقة التي تنتقل بها الحرارة في الفراغ؟ هناك عدة طرق تساهم في انتقال الحرارة في الفراغ أبرزها الإشعاع، بالإضافة إلى ذلك يمكن للحرارة الانتقال عبر الحمل والتوصيل، ويتم هذا الانتقال نتيجة اختلاف درجات الحرارة بين جسمين، لذلك سنقوم بتوضيح هذه الطرق بالتفصيل عبر السطور التالية.

ما هي الطريقة التي تنتقل بها الحرارة في الفراغ

تتم عملية انتقال الحرارة في الفراغ بطرق متعددة، ولكن الطريقة الأساسية هي الإشعاع، إليكم التفاصيل:

يعتمد هذا الأسلوب على الموجات الكهرومغناطيسية، حيث لا يلعب الوسط دورًا مباشرًا في هذه العملية.
الإشعاع الحراري هو العامل الرئيسي في انتقال الحرارة، وتعد الشمس أكبر مصدر طبيعي لهذا النوع من الإشعاع.
يحدث انتقال الحرارة نتيجة اختلاف درجات الحرارة بين جسمين، حيث تنتقل الحرارة من الجسم ذو الحرارة الأعلى إلى الجسم ذو الحرارة الأقل.

ما هي الحرارة

الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة وتعرف بأنها انتقال الطاقة من جسم لآخر، حيث توجد تعريفات عديدة لها، منها:

أنها مقياس لدرجة سخونة أو برودة جسم ما.
عملية انتقال الطاقة الحرارية من جسم أكثر حرارة إلى جسم أقل حرارة، بغض النظر عن الفارق الكبير بين الوسطين.

أهمية الحرارة في حياة الإنسان

تعد الحرارة عامل أساسي لحياة الإنسان على كوكب الأرض ولها عدة فوائد، منها:

إنتاج الطاقة: عندما تتعرض للحرارة ضغط عالي، ينتج عنها البخار الذي يستخدم في تحريك الآلات، مثل ما يحدث في القطارات.
الاستخدامات المنزلية: تستخدم الحرارة في العديد من الأعمال المنزلية مثل الطهي والتدفئة.
الصناعات المختلفة: تدخل في صناعة الزجاج، الورق، المنسوجات وغيرها من الصناعات.
التمثيل الضوئي للنباتات: تعتبر الحرارة مكون أساسي في عملية التمثيل الضوئي، حيث يعتمد النبات عليها في إنتاج غذائه.
العلاج الطبي: تستخدم الحرارة في علاج بعض الأمراض مثل آلام العضلات والتهاب المفاصل.

أمثلة على انتقال الحرارة في الفراغ

تعتبر من الأمثلة على انتقال الحرارة في الفراغ ما يلي:

الأشعة فوق البنفسجية.
الحرارة المنبعثة من الشمس إلى الأرض.
انبعاث الحرارة من الفرن إلى الميكروويف.
انتقال الحرارة في رقائق الكمبيوتر.

طرق انتقال الحرارة

هناك عدة طرق انتقال الحرارة، وهي موضحة في الجدول التالي:

الطريقة	الوصف
الإشعاع	لا يتطلب وسيطًا لنقل الحرارة، ويعتمد على الأشعة الكهرومغناطيسية مثل الأشعة تحت الحمراء.
الحمل	تنتقل الحرارة عن طريق السوائل أو الغازات، حيث يحمل السائل أو الغاز الطاقة الحرارية من جسم لآخر.
التوصيل	يتم انتقال الحرارة عبر لمس الأجسام، حيث تنتقل الحرارة من جسم إلى آخر عبر مواد صلبة.

خصائص الطاقة الحرارية المنتقلة بالإشعاع

تنتقل موجات الإشعاع الحراري عبر الفراغ بسرعة الضو، مما يجعلها أسرع وسيلة لنقل الحرارة مقارنة بالطرق الأخرى، إليكم التفاصيل:

لا يمكن لأي جسم امتصاص كل الطاقة الإشعاعية التي تصله بشكل كامل، حيث يمتص جزء منها ويعكس الجزء الآخر.
إذا كان الجسم شفافًا فإن بعض الإشعاع قد يخترقه ويمتص جزء منه.
يمكن استخدام الإشعاع الحراري لتوليد الحرارة والطاقة، مثلما يحدث في الخلايا الشمسية التي تستفيد من تركيز الأشعة باستخدام المرايا، وهي تقنية تنتشر بشكل كبير كأحد أشكال الطاقة البديلة.
تتمتع موجات الإشعاع الحراري بخواص الانكسار والانعكاس، مثل موجات الضوء.

قوانين الإشعاع الحراري

من أبرز القوانين المرتبطة بالإشعاع الحراري هو:

قانون التربيع العكسي: الذي ينص على أن شدة الإشعاع تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة من المصدر.
قوانين الاستقطاب: التي تتعلق بفصل الشحنات الموجبة عن السالبة داخل المادة.
قوانين التداخل: حيث تتداخل الموجات لتقويتها أو إضعافها، وقوانين الحيود، التي تشير إلى انتشار الموجة بعد مرورها عبر ممر ضيق.

أنواع نقل الحرارة

هناك ثلاث وسائل أساسية لنقل الحرارة: "التوصيل، الحمل الحراري، والإشعاع"، وسنوضح لكم تفاصيل عن كل وسيلة عبر الآتي:

1- التوصيل

يتم نقل الحرارة بالتوصيل من خلال تلامس مباشر بين جسمين ماديين.
يعتمد مدى قدرة المادة على توصيل الحرارة على معامل يسمى "ك"، وهو مقياس لمدى فعالية المواد المختلفة في نقل الحرارة.
كمية الحرارة التي يتم نقلها تعتمد على عوامل مثل الفرق في درجات الحرارة بين السطحين، مساحة السطح المعرضة، التوصيل الحراري للمادة، وسمك المادة.

2- الحمل الحراري

يتم نقل الحرارة بالحمل الحراري عبر حركة السوائل، سواء كانت سوائل أو غازات.
عندما يسخن السائل يتمدد وتقل كثافته مما يؤدي إلى تكوين تيارات حمل حراري حيث يرتفع السائل الدافئ ويهبط السائل البارد.
يتم نقل الحرارة من خلال حركة الجسيمات في هذه التيارات.
قد يكون الحمل الحراري طبيعيًا عندما يحدث بسبب التغيرات في درجة الحرارة، أو قسريًا عندما يستخدم جهاز مثل مروحة أو مضخة لتعزيز الحركة.
كذلك أيضًا يعتمد معدل انتقال الحرارة بالحمل الحراري على مساحة السطح الملامس للسائل، ولهذا السبب تحتوي أجهزة الحمل الحراري عادةً على زعانف لزيادة كفاءة التشغيل.

3- الإشعاع

الإشعاع هو عملية نقل الحرارة دون الحاجة إلى وجود وسيط مادي بين المصدر والجسم المستقبل.
يتم نقل الحرارة من خلال موجات كهرومغناطيسية، مثل الأشعة تحت الحمراء، التي تصدر عن الأجسام بسبب حرارتها.
كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم، زاد مقدار الإشعاع الحراري المنبعث منه.
يتم امتصاص هذا الإشعاع عندما يصطدم بجسم آخر، مما يؤدي إلى نقل الحرارة.

اقرأ المزيد