روش های انتقال گرما

انتقال گرما

اختلاف دما باعث شارش گرما از جسم با دمای بالاتر به جسم با دمای پایین تر می شود. این شارش گرما به سه صورت انجام می شود:

1) رسانش

2) همرفتی

3) تابش

رسانش گرمایی در فلزات بیشتر از غیر فلزات است زیرا، در غیر فلزات گرما فقط از طریق ارتعاش اتم ها انتقال می یابد.

اما در فلزات، افزون بر ارتعاش اتم ها، الکترون های آزاد (درون فلز) هم در انتقال گرما نقش دارند. در واقع این الکترون های آزاد که نسبت به اتم ها بسیار کوچک هستند، در اثر دریافت گرما، سرعت گرفته و به سایر الکترون ها و اتم ها برخورد می کنند و به این ترتیب رسانندگی گرمایی فلزات را افزایش می دهند.

الف) رسانش گرمایی:

در این روش به دلیل ارتعاش اتم ها و حرکت الکترون های آزاد در قسمت های گرم تر و گسترش این حرکت و ارتعاشات به سراسر جسم، گرما منتقل می شود، مانند انتقال گرما در فلزات

یکای رسانندگی گرمایی در SI طبق زیر است:

\(K = \frac{{J.m}}{{{m^2}.s.K}} = \frac{J}{{m.s.K}} = \frac{W}{{m.K}}\)

در پدیده ی رسانش:

گرما از یک بخش جسم به بخش دیگر آن شارش می کند، بدون آنکه مولکول های جسم جا به جا شوند.

به جسم هایی که می توانند گرما را (در زمان کوتاهی) به این روش منتقل کنند، رسانای گرما گفته می شود.

پدیده  ی همرفت:

انتقال گرما همراه با انتقال ماده را همرفت می گویند. که مختص مایعات و گازها است.

انواع جریان همرفتی

همرفت طبیعی

در این روش، به دلیل اختلاف چگالی شاره گرم و سرد به صورت خود به خود اتفاق می افتد. شاره با چگالی کمتر به طرف بالا حرکت می کند.

مانند گرم شدن آب درون قابلمه و هوای داخل اتاق و جریان های باد ساحلی و ... .

همرفت واداشته

شاره به کمک یک تلمبه (مصنوعی) به حرکت واداشته می شود تا با این حرکت انتقال گرما انجام شود.

سیستم گرم کننده ساختمان ها (شوفاژ)، سیستم خنک کننده موتور اتومبیل، دستگاه گردش خون در بدن جانوران خونگرم و ... .

همرفت طبیعی هوا

در شرایط عادی هوای اطراف سطح زمین گرم و هوای لایه های بالاتر سرد است. در این شرایط در اثر پدیده همرفت هوای گرم با چگالی کمتر به بالا رفته و هوای سرد تر با چگالی بیشتر جای آن را می گیرد و بدین ترتیب چرخش هوا در سطح زمین ایجاد می شود.

وارونگی هوا (وارونگی دما)

در روز های سرد زمستانی هوای اطراف سطح زمین سرد و چگالی آن زیاد و هوای لایه های بالاتر، گرم تر و چگالی آنها کمتر است. تحت این شرایط همرفت طبیعی هوا متوقف می شود که به آن وارونگی هوا می گویند.

تابش گرمایی:

به انتقال گرما از طریق امواج الکترومغناطیسی که از اجسام منتشر می شود، تابش گرمایی می گویند.

تابش گرمایی از سطح هر جسم به عوامل زیر بستگی دارد:

1. دما: هرچه دمای جسم بیشتر باشد، آهنگ تابش آن نیز بیشتر است.
2. مساحت: هرچه مساحت جسم بیشتر باشد، میزان تابش آن نیز بیشتر است.
3. رنگ: هر قدر رنگ جسم مات و تیره تر و سطحش ناصاف تر باشد، جذب و تابش بهتری دارد.
4. میزان صیقلی بودن: جسم هایی که سطح صیقلی و درخشان تری دارند، تابش کمتری دارند و بخش کمتری از گرمای دریافتی را جذب می کنند.

تف سنج وسیله ای برای اندازه گیری دما برای اجسام داغ است. اساس کار این وسیله، تابش گرمایی گسیل شده از سطح جسم است.

انواع تف سنج و ویژگی های مهم تف سنج:

تف سنج تابشی و تف سنج نوری

1) بدون تماس با جسم دمای آن را اندازه گیری می کند.

2) برای اندازه گیری دماهای بالای \(1100{}^0C\)  بسیار مناسب اند.

اساس کار تف سنج نوری:

مقایسه رنگ و شدت نور تابیده از کوره با رنگ و شدت نور یک لامپ رشته ای است. همچنین این دماسنج به عنوان دماسنج معیار برای اندازه گیری این دماها انتخاب شده است.

از کاربرد های تابش گرمایی در پدیده های زیستی می توان به مار زنگی و کلم اسکانک اشاره کرد.