أسرع المواد في توصيل الحرارة
تتباين المواد في قدرتها على نقل الطاقة الحرارية، ويعود ذلك لعدة عوامل، أبرزها التركيب البلوري للمادة. في هذا السياق، تتصدر الفضة قائمة المواد الأكثر قدرة على توصيل الحرارة والكهرباء، حيث يتم اعتبارها المادة الأكثر فعالية في نقل الحرارة وأعلى قدرة على عكس الضوء.
أساليب انتقال الحرارة
يسبب التباين في درجات الحرارة انتقال الحرارة من المناطق الأكثر حرارة إلى المناطق الأقل حرارة. وتختلف طرق انتقال الحرارة باختلاف الحالات الفيزيائية للمواد، حيث تنتقل الحرارة في المواد الصلبة بشكل مختلف عن تلك في السوائل. سنستعرض فيما يلي تلك الأساليب بشكل مفصل:
التوصيل الحراري
يُعرّف انتقال الطاقة الحرارية بين جزيئات المادة المتجاورة بالتوصيل. يحدث هذا الانتقال بسبب اختلاف درجات الحرارة بين جزيئات المادة. ويمكن التعبير عن ذلك رياضيًا من خلال المعادلة التالية:
- التوصيل الحراري = – ثابـت الموصلية الحرارية للمادة × مساحة المقطع العرضي للمادة × الفرق في درجات الحرارة بين طرفي المادة.
يشير السالب في المعادلة إلى أن الحرارة تنتقل من المناطق الأعلى حرارة إلى الأقل حرارة، لذا يتم استخدام إشارة السالب لضمان أن تكون القيمة النهائية موجبة. يختلف ثابت الموصلية من مادة لأخرى، مما يؤدي إلى فرق في كفاءة توصيل الحرارة. وتعكس القيمة المرتفعة لهذا الثابت كفاءة المادة وسرعتها في نقل الحرارة.
التوصيل بالحمل
تتخصص طريقة الحمل الحراري في السوائل والغازات. في هذه الطريقة، تقوم الطاقة المكتسبة من جزيئات السائل بتسخينه، مما يؤدي إلى تخفيض كثافة السائل الساخن الذي يرتفع لأعلى، ليحل محله جزيئات السائل ذات الحرارة المنخفضة. نتيجةً لذلك، تنتقل الحرارة بشكل دوري إلى جميع أجزاء السائل. مثال على ذلك هو الهواء في الغلاف الجوي، حيث يرتفع الهواء المقرب من سطح الأرض بسبب تسخينه، ليحل محله الهواء البارد.
التوصيل بالإشعاع
على عكس طرق توصيل الحرارة الأخرى، لا يعتمد التوصيل بالإشعاع على وجود مصدر حراري متصل بالمادة. حيث يقوم الإشعاع الحراري بنقل الحرارة من المصدر إلى المواد الأخرى عبر الأشعة تحت الحمراء، وهي نوع من أنواع الأشعة الكهرومغناطيسية. تعمل الأجسام على إشعاع الطاقة عند انتقال الإلكترونات من مدارات أعلى إلى مدارات أقل حول الذرة، مما يؤدي إلى انبعاث تلك الطاقة على شكل أمواج كهرومغناطيسية تسير بسرعة الضوء، دون الحاجة إلى وسط ناقل. ومن الأمثلة الكلاسيكية على ذلك الأشعة الناتجة عن الشمس والتي تصل إلى كوكب الأرض.