منوعات

ما الطريقه التي تنتقل بها الحراره في الفراغ ؟ .. بالأمثلة

كيف تنقل الحرارة في الفراغ؟

تنتقل الحرارة في الفراغ عن طريق الإشعاع وهي إحدى الطرق المتعارف عليها لنقل الحرارة ، وتتم هذه الطريقة من خلال أي وسيط شفاف سواء كان صلبًا أو سائلًا أو غازيًا.

وفي الفراغ ، يحدث انتقال الحرارة من خلال الطريقة الإشعاعية لنقل الحرارة فقط ، لأن طرق نقل الحرارة الأخرى مثل الحمل الحراري والتوصيل تتطلب وجود وسيط مصنوع من الجزيئات.مادة نقل الحرارة ، ولكن في الفراغ لا توجد مواد لذلك فالحل الوحيد حتى مرور الحرارة هو الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي لا يتطلب أي وسيط انتشار.[1]

أمثلة على انتقال الحرارة في الفراغ

  • نقل الحرارة إلى رقائق الكمبيوتر.
  • مكونات نانوية إلكترونية صغيرة جدًا.
  • نقل الحرارة من الشمس إلى الأرض.
  • إشعاع الميكروويف المنبعث من الفرن.
  • أشعة الشمس فوق البنفسجية.
  • إطلاق جسيمات ألفا أثناء التحلل اليورانيوم 238 إلى الثوريوم 234 هو مثال آخر للإشعاع.[4]

آلية انتقال الحرارة في الفراغ

عادةً ما يحدث انتقال الحرارة في المواد الصلبة من خلال الإلكترونات أو الاهتزازات الذرية ، تسمى الفونونات ، بينما تنتقل الحرارة من خلال الإشعاع ولكن ليس من خلال الفونونات بسبب عدم وجود وسيط.

لكن إحدى الدراسات تنبأت بأن التغيرات الكمية في المجالات الكهرومغناطيسية ستساعد في تحفيز اقتران الفونون بالفراغ وبالتالي تسهيل نقل الحرارة.

ومن خلال واحدة من أحدث الظواهر المكتشفة ، “ظاهرة ميكانيكا الكم” ، تم اكتشاف أن الحرارة يمكن أن تتحرك لأكثر من مائتي أو ثلاثمائة نانومتر في الفراغ.

حتى لو لوحظ هذا التفاعل فقط على مقاييس الطول الأقل ، فإن هذه النتيجة مهمة جدًا في تصنيع كل من رقائق الكمبيوتر والمكونات الإلكترونية النانوية.

ومن التجارب الشهيرة التي تثبت أن الحرارة تنتقل في الفراغ ، تجربة غشاءين مصنوعين من نيتريد السيليكون وملفوفين بالذهب يوضعان داخل غرفة ، وعند تسخين أحدهما يتم تسخين الآخر أيضًا. . على الرغم من عدم وجود أي شيء يربط بين الغشاءين وتمر كمية صغيرة من الطاقة الضوئية بينهما.

تفتح هذه التجربة العديد من الاحتمالات لإدارة الحرارة بمقياس النانو ، وهو أمر ضروري للحوسبة عالية السرعة وتخزين البيانات ، حيث يستطيع العلماء التقاط الحرارة في الدوائر الإلكترونية المتكاملة.

قال أحد العلماء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي إنه “حتى لو لم يكن هناك مساحة غير الضوء ، فإن ميكانيكا الكم تقول إنه لا يمكن أن يكون فارغًا ، ولكن لا تزال هناك تقلبات في مجال الكم في الفراغ ، وهذه الاختلافات. يؤدي إلى تكوين قوة ملزمة بين شيئين يسمى رد فعل كازيميرلذلك عندما يسخن جسم ما ويبدأ في الاهتزاز والتذبذب ، يمكن تمرير هذه الحركة إلى كائن آخر عن طريق الفراغ بسبب هذه التقلبات الكمية.

كما اختار العلماء حجم الأغشية وتصميمها بشكل صحيح ، وهذا ساعدهم على نقل الطاقة الحرارية من خلال بضع مئات من النانومتر في الفراغ ، لأن هذه المسافة كانت طويلة جدًا. الفراغ مثل الطاقة التي يحملها الإشعاع الكهرومغناطيسي ، والتي تشبه الطريقة التي تسخن بها الطاقة من الشمس الأرض.[3]

الطرق الأساسية لنقل الحرارة

تعمل الحرارة بثلاث طرق: الإشعاع ، والتوصيل ، والحمل الحراري ، وسنناقشها بالتفصيل في الأسطر التالية:

يحدث الإشعاع عندما تنتقل الحرارة كموجات طاقة أو موجات الأشعة تحت الحمراء مباشرة من موقعها الأساسي إلى موقع آخر ، وكما أوضحنا سابقًا ، هذه هي الطريقة التي تصل بها حرارة الشمس من الفضاء إلى الأرض.

تعتبر موجات الأشعة تحت الحمراء جزءًا من طيف موجات الطاقة المعروفة باسم الطيف الكهرومغناطيسي. يشمل الطيف الكهرومغناطيسي جميع أنواع الطاقة التي تنتقل في موجات ، بما في ذلك الضوء والحرارة والأشعة السينية وموجات الراديو والموجات فوق البنفسجية والموجات الدقيقة.

كل هذه الأنواع من الموجات لديها الكثير من الطاقة. أيضًا ، يمكنهم جميعًا السفر عبر امتداد الفضاء ، حتى تتمكن من رؤية ضوء الشمس من النجوم على بعد مليارات السنين الضوئية من الأرض.

يُعد التوصيل إحدى الطرق الأخرى لنقل الحرارة ، ولكن هنا يلزم وجود وسيط لنقل الحرارة ، حيث تتلامس الحرارة مع أي مادة تلامسها ، فهي تمكن الذرات والجزيئات من الحركة ، وبالتالي عندما تتحرك الذرات أو الجزيئات يحدث تصادم مع ذرات أو جزيئات أخرى ، مما يجعلها تتحرك أيضًا ، وبالتالي تصطدم بجزيئات أخرى ، مما يؤدي إلى تحركها وبهذه الطريقة يحدث انتقال الحرارة من خلال أي شيء.

من أشهر الأمثلة على انتقال الحرارة هو التوصيل هذا هو انتقال الحرارة من الغلاية إلى المقبض عند ملامسة المرجل لمصدر الحرارة ، حيث تبدأ حرارة الموقد في تحريك الجزيئات التي تلامس الموقد ، ثم يحدث تصادم بين هذه الجزيئات الأخرى. في القدر ، يتصادم مع الجزيئات الأخرى ، حتى تتحرك جميع الجزيئات الموجودة في القدر ، بما في ذلك الحرارة في المقبض ، وعندما يلمس الشخص المقبض ، يشعر بالحرارة ، لأن الحرارة تنتقل من على الموقد إلى يد الطباخ بالتوصيل.

  • الحمل

يحدث انتقال الحرارة من خلال الحمل الحراري على الأرض عادةً ، ولكنه لا يحدث في الفضاء لعدم وجود جاذبية مثل تلك الموجودة على الأرض ، وعادةً يحدث الحمل الحراري في حالة تسخين مادة يمكن أن تتدفق مثل الماء أو الهواء. من عنصر الجاذبية ، حيث تعمل الجاذبية لسحب المادة بأكملها إلى أسفل ، فإنها تجعل قاع الهواء أو الماء أكثر كثافة لأنه يتم سحبه إلى أسفل ودفعه أيضًا إلى أسفل بفعل وزن الجسيمات الموجودة عليه.

وعندما يكون هناك حرارة تحت هذا الهواء أو الماء ، تبدأ جزيئات الهواء أو الماء التي تلامس الحرارة في التحرك ، مما يؤدي إلى انفصال الجزيئات ، وبالتالي يصبح الهواء الساخن أو الماء أقل كثافة ، وبالتالي ترتفع حتى ذلك. تصل إلى الهواء أو الماء من نفس الكثافة ، وعندما تصل إلى هذا الحد ، فإنها تدفع الهواء أو الماء للخارج ، وفي نفس الوقت ملء جديد للمساحة الشاغرة.يحدث عندما تصل الجزيئات الساخنة. يرتفع ، ثم يسقط الهواء أو الماء المدفوع من الطريق ، ويتسبب في حركة دائرية ، مما يؤدي إلى تسخين الهواء أو الماء أدناه ، والانتقال إلى الأعلى ، ثم التبريد ، ويصبح أكثر كثافة وينزل ، ثم يسخن مرة أخرى والدورة يبدأ مرة أخرى.

مثال واضح على النقل الحراري هذه هي الأفران حيث تقوم ملفات التسخين الموجودة في الجزء السفلي من الفرن بتسخين الهواء الذي ينتقل إلى الأعلى ويبرد قليلاً ثم ينتقل مرة أخرى إلى القاع.[2]

السابق
ما هي الطريقة الصحيحة لتنظيف السجاد بالمكنسة الكهربائية؟
التالي
استمرت خلافة علي بن ابي طالب تسع سنوات