الانتشار الحراري: الأساسيات والأمثلة
ما هي الانتشارية الحرارية
الانتشارية الحرارية هي خاصية مهمة في علوم المواد وهندستها، حيث تحدد مدى كفاءة المادة في توصيل الحرارة مقارنةً بقدرتها على تخزين الطاقة الحرارية. وهي تلعب دورًا مهمًا في العديد من التطبيقات، بما في ذلك العزل وتبريد الإلكترونيات ومعالجة المواد.
العوامل المؤثرة على الانتشار الحراري
تؤثر عدة عوامل على الانتشار الحراري للمادة:
- التوصيلية الحرارية: عادةً ما تؤدي الموصلية الحرارية الأعلى إلى انتشارية حرارية أعلى.
- الكثافة:قد تُظهرالموادذات الكثافة الأعلى خصائص مختلفة لنقل الحرارة.
- السعة الحرارية النوعية: تؤثر كمية الحرارة المطلوبة لتغيير درجة حرارة المادة على انتشارها الحراري.
الانتشارية الحرارية مقابل التوصيلية الحرارية
بينما يرتبط كل من الانتشار الحراري والتوصيلية الحرارية بانتقال الحرارة، إلا أنهما يصفان جوانب مختلفة:
- الموصلية الحرارية: تقيس قدرة المادة على توصيل الحرارة.
- الانتشار الحراري: تشير إلى مدى سرعة انتشار الحرارة عبر المادة، مع مراعاة التوصيل الحراري والكثافة والسعة الحرارية النوعية.
يعد فهم التمييز بين هذه الخواص أمرًا ضروريًا لاختيار المواد لتطبيقات حرارية محددة.
تطبيقات الانتشار الحراري
الانتشار الحراري أمر حيوي في مختلف الصناعات:
- الإلكترونيات: تضمنكفاءة تبديد الحرارة في الأجهزة.
- الإنشاءات: تساعدفي اختيار المواد ذات خصائص العزل المناسبة.
- التصنيع: توجهعمليات مثل اللحام والمعالجة الحرارية من خلال التنبؤ بتدفق الحرارة.
بيانات الانتشار الحراري
فيما يلي جدول يوضح الانتشارية الحرارية لمختلف المواد، والتي تشير إلى معدل انتشار المادة (مثل الحرارة أو الكتلة أو الجسيمات) عبر وسط ما. في هذه الحالة، سنركز على الانتشارالحراري (لانتقال الحرارة) والانتشار الكتلي ( لانتشار الجسيمات أو الغازات) والانتشار الجزيئي.
|
المادة |
الانتشارية الحرارية (×10-⁶ م²/ث) |
الانتشارية الكتلية (×10-⁶ م²/ث) |
الانتشار الجزيئي (×10-⁶ م²/ث) |
|
97 |
80-90 |
0.92 |
|
|
النحاس |
111 |
50-60 |
0.91 |
|
فولاذ |
15 |
10-20 |
0.67 |
|
زجاج |
0.7 |
0.02-0.2 |
0.5-0.7 |
|
ماء |
0.144 |
0.5-2.0 |
0.2-0.3 |
|
خرسانة |
0.8 |
0.01-0.1 |
0.02 |
|
خشب |
0.1 |
0.1-0.3 |
0.1 |
|
الهواء |
0.22 |
0.2-0.6 |
0.2-0.6 |
|
الماس |
450 |
غير متاح |
0.02 |
|
هيليوم |
0.23 |
0.25-0.4 |
0.91 |
|
النيتروجين |
0.22 |
0.1-0.3 |
0.6 |
لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعةStanford Advanced Materials (SAM).
الأسئلة المتداولة
ما هي وحدة الانتشار الحراري؟
تُقاس وحدة الانتشار الحراري بالمتر المربع في الثانية (م²/ثانية) أو المليمتر المربع في الثانية (مليمتر مربع/ثانية).
كيف يتم حساب الانتشار الحراري؟
تُحسب بقسمة الموصلية الحرارية على حاصل ضرب الكثافة والسعة الحرارية النوعية.
ما أهمية الانتشار الحراري في اختيار المواد؟
إنها تساعد في تحديد مدى سرعة استجابة المادة للتغيرات في درجات الحرارة، وهو أمر بالغ الأهمية للإدارة الحرارية في مختلف التطبيقات.
هل يمكن زيادة الانتشار الحراري في مادة ما؟
نعم، من خلال تعزيز التوصيل الحراري أو تقليل الكثافة والسعة الحرارية النوعية، يمكن زيادة الانتشار الحراري.
كيف يؤثر الانتشار الحراري على عزل المباني؟
تعتبر المواد ذات الانتشار الحراري المنخفض عوازل أفضل لأنها تبطئ معدل انتقال الحرارة، مما يحافظ على استقرار درجة الحرارة.
