متى يحدث التوصيل الحراري

متى يحدث التوصيل الحراري بين أنواع المادة المختلفة، حيث يعتبر انتقال الحرارة من جسم لآخر أمر شائع بين ذرات المادة المختلفة، ولولا هذه الظاهرة لكانت جميع الأجسام قد حافظ على حرارتها بدون تغيير، فالثلج المتجمد يبقى متجمدًا إلى الأبد، والماء الساخن يبقى ساخنًا كذلك.

ما هي ظاهرة التوصيل الحراري

تعتبر طريقة التوصيل الحراري، إحدى الطرق الثلاث لتبادل الطاقة الحراري، فهنالك أيضًا الحمل الحراري والإشعاع، تشير ظاهرة التوصيل الحراري في مادة إلى قدرة ذرات أو جزيئات مادة معينة على توصيل أو نقل الحرارة إلى أجسام أخرى، ويُعرف مقلوب كمية التوصيل الحراري بالمقاومة الحرارية، حيث تُستخدم المواد ذات التوصيل الحراري العالي في المشتتات الحرارية، بينما تستخدم المواد ذات القيم المنخفضة للتوصيل الحراري كعوازل حرارية.
كما ينص قانون فورييه للتوصيل الحراري على أن المعدل الذي تنتقل به الحرارة من خلال مادة ما يتناسب مع سالب تغير درجة الحرارة، ويتناسب أيضًا مع المنطقة التي يتدفق من خلالها الحرارة، ويمكن التعبير عن الشكل التفاضلي لهذا القانون من خلال المعادلة التالية:[1]

q = -k.∇T

حيث يعبر ∇T عن مقدار تغير درجة الحرارة، بينما يعبر –k عن ثابت التبادل الحراري، وكذلك يعبر q عن مقدار التوصيل الحراري.

شاهد أيضًا: المحتوى الحراري للمادة هو جهاز معزول

متى يحدث التوصيل الحراري

متى يحدث التوصيل الحراري ? في جميع حالات المادة، سواء الصلبة أو الغازية أو السائلة، حيث يتم تبادل الطاقة الحرارية من حسم ذات حرارة أعلى إلى الجسم ذات الحرارة الأدنى، وذلك بهدف أن يصبح الجسمان متقاربان بالحرارة، ويتعلق التوصيل الحراري لمادة بعدة عوامل لعل أبرزها هي درجة الحرارة والتباين الحراري، وطبيعة المادة ودرجة نقائها.

عوامل التوصيل الحراري في المادة

تتغير قيمة ثابت التوصيل الحراري مع تغير العديد من العوامل، ومن أهم العوامل المؤثرة على التوصيل الحراري:[2]

• طبيعة المادة: ففي المعادن تتعلق ظاهرة التوصيل الحراري للمعادن إلى وجود إلكترونات حرة، ويتناسب التوصيل الحراري في المعادن مع درجة الحرارة المطلقة والتوصيل الكهربائي، أما في الأنواع الأخرى للمادة تُعزى الموصلية الحرارية للغير معادن إلى اهتزازات ذرات المادة.
• الحالة الكيمائية للمادة: فعندما تتغير حالة المادة مثلًا من الصلبة للسائلة كما في الجليد، تتغير التوصيل الحراري في هذه المادة.
• التباين الحراري: حيث تؤدي الاختلافات في اقتران الفوتونات في البلورات إلى وجود قيم مختلفة للتوصيل الحراري في بعض المواد، يشير وجود التباين الحراري إلى أن الاتجاه الذي تتدفق فيه الحرارة قد لا يكون هو نفسه اتجاه تدرجات درجة الحرارة.
• التوصيل الكهربائي في المعادن: من خلال قانون فرانز الذي يوضح العلاقة بين التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري، وهو ينطبق فقط على المعادن، حيث لا تتأثر الموصلية الحرارية للمواد غير المعدنية نسبيًا بموصلاتها الكهربائية.
• تأثير المجالات المغناطيسية: يصف قانون ماجي-ريجي-ليدوك التغيير في التوصيل الحرارية للمادة عند وضعها في مجال مغناطيسي ما، حيث يلاحظ تطور تدرج درجة الحرارة عند تطبيق المجالات المغناطيسية.
• درجة نقاء نظير المادة: يؤثر نقاء نظير المادة على ظاهرة النقل الحراري فيه، حيث يلاحظ أن بعض النظائر الأكثر نقاوة تمتلك توصيلًا حراريًا أفضل من المواد التي تحتوي على شوائب.

وفي الختام تمت الإجابة على سؤال متى يحدث التوصيل الحراري، وقد تبين أن الإجابة هي يحصل في جميع حالات المادة سواء الصلبة أو الغازية أو السائلة، وحتى البلازما، كما تم تعريف ظاهرة التوصيل الحراري، وشرح قانونها، وذكر العوامل المؤثرة على التوصل الحراري لمادة.