ثانياً: الحمل الحراري
- وهو أساس انتقال الحرارة في الموائع, حيث تطفو الاجزاء الساخنة والتى تقل كثافتها إلى الأعلى و الاجزاء الباردة تحل محلها وينتج عن هذه العملية تبادل حراري يُسمى الحمل الحراري.
- إن انتقال الحرارة بالحمل يقتضي أن تغادر الجزيئات الساخنة أماكنها ناقلة معها الحرارة إلى الجزيئات الباردة, و هي تختلف عن انتقال الحرارة بطريقة التوصيل حيث الجزيئات لا تغادرأماكنها بل تهتز في أماكنها .
- انتقال الحرارة بالحمل لا يحدث إلا في السوائل و الغازات حيث تكون الجزيئات حرة الحركة.
- يستمر تيار الحمل حتى يصل كل الغاز أو السائل إلى نفس درجة الحرارة.
أنواع الحمل الحراري
(1) الحمل الحر
- وهو الحمل الذى يعتمد على الاختلاف فى الكثافة.
- فإذا وضعنا إناء به ماءعلى لهب فإن قعر الإناء يسخن , و بالتالي يسخن الماء الملامس له , فيتمدد و تقل كثافته و بذلك يرتفع إلى أعلى و يحل محله ماء بارد( الأكبر كثافة), تتكون داخل الإناء تيارات الحمل.
(2) الحمل القسرى :
- وهو يتم بواسطة حمل الجزيئات على الحركة بواسطة قسر الجزيئات على الحركة بواسطة مؤثر خارجى مثل مروحة أو مضخة تفريغ.
- في حالة الاتصال بين سطح ساخن و مائع , فإن الحرارة تنتقل بواسطة ( التوصيل الحراري ) من السطح الصلب إلى المائع خلال الطبقة الملاصقة للسطح , ثم بواسطة( الحمل الحراري) خلال المائع نفسه و هناك جزء ضئيل جدا من الحرارة يمكن اهماله و هو يتم بواسطة (الإشعاع) من السطح الساخن إلى المائع .
- تعطى كمية الحرارة ΔQ المنتقلة من السطح الصلب إلى السائل خلال فترة زمنية Δt بـ:
ΔQ = hc .A. ΔT. Δt
حيث A مساحة السطح ، ΔT الفرق بين درجة حرارة السطح ودرجة حرارة المائع
hc معامل الحمل الحرارى
- هو يتضمن التوصيل خلال الطبقة الرقيقة الملاصقة للسطح , كما يتضمن الحمل خلال المائع نفسه على عوامل عدة>
- يعتمد معامل الحمل الحراري hc على:
١- شكل السطح ( مستو , مقوس , كروي , أوغير ذلك)
٢- وضع السطح ( أفقي , رأسي , مائل)
٣- نوع المائع (سائل ,غاز) و خصائصه مثل الكثافة و معامل لزوجته و توصيلته الحرارية , و حرارته النوعية .
٤- سرعة المائع و نوع الحركة ( طبقي , مضطرب)
ثالثاً: الاشعاع الحراري
- هي الطريقة التي تنتقل بها الطاقة الحرارية من الشمس إلى الأرض . من كافة الأجسام على الاطلاق .
- الاشعاع: تعبير يدل على فقد مستمر للطاقة من سطح الجسم , و هو يحدث من كافة الأجسام على الإطلاق
- والطاقة الحرارية هذه تسمى بالطاقة المشعة , أو الإشعاعية و يفقدها الجسم أو إلى حرارة. يشعها بسرعة الضوء , و إذا سقطت على جسم شفاف فإنه سيمتصها و يحولها إلى حرارة
- يعرف معامل الامتصاص: بأنه النسبة بين كمية الحرارة الممتصة إلى كمية الحرارة الساقطة. فعندما يسخن جسم ما يتذبذب جزيئاته ذبذبة سريعة و تنتج عن ذلك انطلاقا لموجات كهرومغناطيسية حاملة معها الحرارة.
إن انتقال الحرارة بالاشعاع لا يحتاج إلى وسط مادي– كما في التوصيل و الحمل – و لذلك فإن خصائص الإشعاع شعاع الحراري هي نفس خصائص الموجات الضوئية التالية:
خصائص موجات الاشعاع الحراري
(1) تنتقل موجات ( الاشعاع الحراري ) في الفراغ بسرعة الضوء.
(2) إذا سقطت موجات الاشعاع الحراري على جسم فإنه يمتص جزءا منها مكتسا طاقة حرارية.
(3) ينطبق على موجات الاشعاع الحراري قانونا الانعكاس و الانكسار اللذان ينطبقان على الضوء.
(4) تخضع موجات الاشعاع الحراري لقانون التربيع العكسي الذي يخضع له الضوء ” شدة تتناسب عكسيا الاشعاع “. شدة الاضاءة(أو الاشعاع) مع مربع المسافة من مصدر الاشعاع .
(5) تنطبق على موجات اإلشعاع الحراري قوانين االستقطاب والحيود و التداخل كما تنطبق على الاشعة الضوئية .
(6) تنتقل موجات الاشعاع الحراري وفق خطوط مستقيمة مثل الموجة الضوئية. •
- تقوم الأجسام المختلفة بامتصاص الاشعة بكميات مختلفة , و لا يوجد جسم يستطيع أن يمتص جميع الاشعة الحرارية الساقطةعليه ؛فالاجسام الغامقة اللون تمتص الحرارة بكمية أكبر من الاجسام الفاتحة اللون , و لذلك فإن الناس في البلاد الحارة يرتدون ملابس بيضاء أو فاتحة اللون , كما يميلون إلى صبغ بيوتهم الالوان البيضاء , و ذلك للتقليل من امتصاص الحرارة الصادرةعن الشمس.
و كذلك نجد أيضا أن ارتفاعا من درجة حرارة الجو الخارجي المحيط بها , و يعود ذلك إلى أن أشعة الشمس ذات الموجات القصيرة تخترق الزجاج و تقوم النباتات بامتصاصها فترتفع درجة حرارتها لتقوم بدورها بإشعاع أشعة حرارية طويلة الموجة (تحت الحمراء) لا تستطيع يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة داخل هذه البيوت الزجاجية . أن تخترق الزجاج لطول موجتها , و بالتالي تصبح أسيرة داخل البيوت المحمية مما آخر ينعكس.
- إذا سقط الإشعاع الحرارى على جسم ما فإن جزءاً من هذا الشعاع ينفذ و جزءا آخر ينعكس أما الباقي فيمتص داخل الجسم مما يكسب جزئيات الجسم طاقة حرارية ينجم عنها ارتفاع فى درجة الحرارة.
مسائل محلولة على طرق انتقال الحرارة
كتاب أساسيات الحرارية والموائع / انتقال الحرارة