انتقال گرما

گرما صورتی از انرژی است که در اثر اختلاف دما از جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود (شارش). واحد اندازه گیری گرما ژول (J) است. گرما می تواند دمای اجسام را تغییر دهد یعنی باعث افزایش دمای اجسام می گردد. گرما همچنین می تواند باعث تغییر حجم و حالت جسم شود. سرعت انتقال گرما در جامدات زودتر صورت می گیرد و علت آن نزدیک تر بودن مولکول ها به هم در جامدات است.

راه های انتقال گرما:

معمولا گرما از جای گرم تر به جای سردتر منتقل می شود. این گرما به سه روش شارش می یابد:

1- رسانش (رسانایی)

2- همرفت (کنوکسیون)

3- تابش

1- رسانش(رسانایی)

اگر سر یک میله فلزی را در کنار یک جسم گرم قرار دهیم، طرف دیگر میله گرم می شود، علت گرم شدن میله آن است که مولکول های مجاور چشمه ی گرم، گرم شده و با دامنه ی بیشتری ارتعاش می یابند، در نتیجه هر مولکول به مولکول مجاور خود ضربه زده و دامنه ارتعاش آن را بیشتر می کند، به این ترتیب گرما در داخل جسم منتشر می شود.

نکته: 

این روش در هر سه حالت جامد، مایع و گاز صورت می گیرد، اما انتقال گرما در جامدات بیشتر صورت می گیرد زیرا هر چه مولکول ها به هم نزدیک تر باشند، گرما با سرعت بیش تری در ماده منتقل می شود.

در بین فلزات رسانایی نقره، مس، طلا، آلومینیوم بیشتر از بقیه است. مایعات به خصوص آب معمولاً رسانای‌ضعیف گرما هستند. (جیوه فلز مایع و فلزات مذاب رسانا هستند) گازها و از جمله هوا نیز رسانای ضعیف گرما هستند.

توجه: 

فلزات رسانای خوبی هستند، زیرا در پدیده رسانش وجود الکترون های آزاد بسیار مؤثر است. فلزات دارای الکترون های آزاد بسیاز زیادی هستند. هنگامی که به نقطه ای از فلز گرما بدهیم الکترون های آزاد انرژی جنبشی بیشتری به دست می آورند و سریع تر حرکت می کنند، الکترون های سریع حامل انرژی، از قسمت های گرم فلز به قسمت های سرد آن پخش می شوند و در برخورد با مولکول های فلز، انرژی جنبشی خود را به آن منتقل می کنند، با این فرایند انرژی گرمایی به سرعت از قسمت های گرم به قسمت های سرد منتقل می شود.

2- همرفت(کنوکسیون)

می خواهیم ظرف آبی را به وسیله چراغی گرم کنیم، اگر شعله به یک قسمت از ظرف آب نزدیک باشد، پس از مدتی

مشاهده خواهیم کرد تمام آب به جوش می آید. علت این پدیده آن است که آب در مکانی که گرما می گیرد منبسط و سبک می شود و به طرف بالا حرکت می کند و آب سرد که سنگین تر است جای آن را می گیرد. این عمل آن قدر ادامه می یابد تا آن که همه ی آب گرم شده و سرانجام به جوش می آید.

عملی که در آن انتقال گرما از راه انتقال مولکول ها صورت می گیرد، همرفتی یا جابه جایی نامیده می شود.

نکته: در مایعات و گازها(سیالات) که مولکول ها به آسانی می توانند جابه جا شوند، گرما از راه همرفتی منتقل می شود. وجود جریان های گرم و سرد دریایی و انواع بادها در اثر جریان همرفتی به وجود می آید.

دستگاه آب گرم کن (شوفاژ)، دودکش کارخانه ها، لامپ های گازی بر اساس همین پدیده عمل می کنند.

توجه: در روش انتقال گرما به روش همرفت، خود ماده با جابه جا شدن گرما را منتقل می کند.

نکته: در جریان همرفتی شارش مایع یا گاز بر اثر تغییر چگالی است.

3-تابش:

در انتقال گرما به روش تابش، نیازی به وجود ماده نیست، در این طریق گرما به صورت نور یا امواج الکترومغناطیسی از چشمه های داغ و ملتهب به اطراف گسیل می شود.

یک دسته از امواج الکترومغناطیسی، پرتوهای فرو سرخ هستند این پرتوها وقتی به جسمی بتابند گرمای زیادی تولید می‌کنند. در تابش ماده منتقل نمی شود لذا نیازی به محیط مادی یا مولکول هایی که انرژی گرمایی را منتقل کنند نیست، یعنی می توانند در خلاء نیز انجام گیرد.

چند نکته مهم:

میزان تابش گرمایی یک جسم بستگی به دمای مطلق جسم و سطح خارجی آن دارد.

اجسامی که پرتوهای گرما را خوب تابش کنند، این پرتوها را به خوبی جذب می کنند.

اجسامی که سطح آن ها به رنگ تیره است یک تابش کننده بسیار خوب و همچنین جذب کننده بسیار خوبی نیز هستند.

اجسامی که سطح آن ها بسیار صیقلی است یک تابش کننده و جذب کننده بسیار ضعیف هستند، این اجسام بازتابنده خوب تابش های گرمایی هستند.

تابش گرمایی از سطح همه اجسام و در هر دمایی صورت می گیرد و باعث کاهش دمای آن ها می شود.

تابش گرمایی در سطح همه اشیاء جذب شده و باعث افزایش دمای آن ها می شود.

نکته: 

انتقال گرما به طریق تابش بسیار سریع (با سرعت نور) صورت می گیرد اما در روش های رسانایی و همرفتی بسیار کند است.

سرعت انتقال گرما ازطریق همرفتی < سرعت انتقال گرما ازطریق رسانایی < انتقال سرعت گرما ازطریق تابش

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مرتضی عرفانیان

تنظیم: مریم فروزان کیا