የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) ክስተት ምንም አይነት ቁስ ሳይለዋወጥ ወይም ሳይለዋወጥ በሁለት አካላት ቀጥተኛ ግንኙነት ውስጥ ያለ ሃይል ማስተላለፍ ነው። በዚህ ሁኔታ ሃይል ከአንድ አካል ወይም የሰውነት ክፍል ከፍ ባለ የሙቀት መጠን ወደ ሰውነት ወይም ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ያልፋል። የሙቀት ማስተላለፊያ መለኪያዎችን የሚወስነው አካላዊ ባህሪ የሙቀት ማስተላለፊያ ነው. የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) ምንድን ነው, እና በፊዚክስ ውስጥ እንዴት ይገለጻል? ይህ ጽሑፍ ለእነዚህ ጥያቄዎች መልስ ይሰጣል።
የሙቀት ማስተላለፊያነት አጠቃላይ ፅንሰ-ሀሳብ እና ተፈጥሮው
በፊዚክስ ውስጥ ቴርማል ኮንዳክሽን (thermal conductivity) ምንድን ነው የሚለውን ጥያቄ ቀለል ባለ መልኩ ከመለሱ በሁለት አካላት ወይም በተለያዩ ክፍሎች መካከል ያለው የሙቀት ልውውጥ በንጥረ ነገሮች መካከል የሚደረግ የውስጥ ሃይል ልውውጥ ሂደት ነው ሊባል ይገባል ። አካልን (ሞለኪውሎች, አቶሞች, ኤሌክትሮኖች እና ionዎች) ይፈጥራሉ. የውስጥ ኢነርጂ እራሱ ሁለት አስፈላጊ ክፍሎችን ያቀፈ ነው፡ ኪነቲክ ሃይል እና እምቅ ሃይል
ከዚህ ባህሪ አንፃር በፊዚክስ ውስጥ ቴርማል ኮንዳክሽን ምንድን ነው?እሴቶች? በአጉሊ መነጽር ደረጃ, የቁሳቁሶች ሙቀትን የመምራት ችሎታ በጥቃቅን አሠራራቸው ላይ የተመሰረተ ነው. ለምሳሌ ለፈሳሾች እና ለጋዞች ይህ አካላዊ ሂደት የሚከሰተው በሞለኪውሎች መካከል በተዘበራረቀ ግጭት ምክንያት ነው ፣ በጠንካራዎች ውስጥ ፣ የሚተላለፈው ሙቀት ዋና ድርሻ በነፃ ኤሌክትሮኖች (በብረታ ብረት ስርዓቶች) ወይም በፎኖኖች (ብረታ ብረት ያልሆኑ ንጥረ ነገሮች) መካከል ባለው የኃይል ልውውጥ ላይ ነው።) ፣ እነሱም የክሪስታል ላቲስ ሜካኒካዊ ንዝረቶች ናቸው።
የሙቀት ማስተላለፊያ ሒሳባዊ ውክልና
ከሂሳብ እይታ አንጻር ቴርማል conductivity ምን እንደሆነ ጥያቄውን እንመልስ። አንድ ወጥ የሆነ አካል ከወሰድን ፣ ከዚያ በተሰጠው አቅጣጫ ውስጥ የሚተላለፈው የሙቀት መጠን ከሙቀት ማስተላለፊያ አቅጣጫ ፣ የእቃው የሙቀት አማቂነት እና የሙቀት ልዩነት ከሙቀት ማስተላለፊያው አቅጣጫ ጋር ተመጣጣኝ ይሆናል ። አካል፣ እና እንዲሁም ከሰውነት ውፍረት ጋር በተገላቢጦሽ የሚመጣጠን ይሆናል።
ውጤቱ ቀመር ነው፡ Q/t=kA(T2-T1)/x፣ እዚህ Q/t - በሰውነት ውስጥ የሚተላለፈው ሙቀት (ኢነርጂ) በጊዜ t, k - ግምት ውስጥ የሚገቡት አካል ከተሰራበት ቁሳቁስ የሙቀት አማቂነት መጠን, ሀ - የሰውነት ክፍል ተሻጋሪ ቦታ, ቲ2 -T 1 - በሰውነት ጫፍ ላይ ያለው የሙቀት ልዩነት፣ በቲ2>T1 ፣ x - ሙቀት Q የሚተላለፍበት የሰውነት ውፍረት።
የሙቀት ኃይልን የማስተላለፍ ዘዴዎች
የቁሳቁሶች የሙቀት ምጣኔ (thermal conductivity) ምንድን ነው የሚለውን ጥያቄ ከግምት ውስጥ በማስገባት የሙቀት ማስተላለፊያ ዘዴዎችን መጥቀስ አለብን. የሙቀት ኃይልን በመጠቀም በተለያዩ አካላት መካከል ሊተላለፍ ይችላልየሚከተሉት ሂደቶች፡
- ምግባር - ይህ ሂደት ያለ ቁስ ማስተላለፍ ይሄዳል፤
- convection - ሙቀት ማስተላለፍ በቀጥታ ከቁስ አካል እንቅስቃሴ ጋር ይዛመዳል፤
- ጨረር - ሙቀት ማስተላለፍ የሚከናወነው በኤሌክትሮማግኔቲክ ጨረር ምክንያት ማለትም በፎቶኖች እርዳታ ነው።
ሙቀትን የማስተላለፊያ ወይም የመቀየሪያ ሂደቶችን በመጠቀም ለማስተላለፍ በተለያዩ አካላት መካከል ቀጥተኛ ግንኙነት አስፈላጊ ነው ፣ይህም በሂደቱ ውስጥ ምንም ማክሮስኮፒክ የቁስ እንቅስቃሴ የለም ፣ ግን በሂደቱ ውስጥ። convection ይህ እንቅስቃሴ አለ. በሁሉም የሙቀት ማስተላለፊያ ሂደቶች ውስጥ በአጉሊ መነጽር የሚታይ እንቅስቃሴ እንደሚካሄድ ልብ ይበሉ።
ለተለመደው ለብዙ አስር ዲግሪ ሴልሺየስ የሙቀት መጠን፣ የሚተላለፈውን የሙቀት መጠን በብዛት የሚይዘው ኮንቬክሽን እና ኮንዳክሽን ነው፣ እና በጨረር ሂደት ውስጥ የሚተላለፈው የኃይል መጠን እዚህ ግባ የሚባል አይደለም ማለት ይቻላል። ይሁን እንጂ ጨረሮች በሙቀት ማስተላለፊያ ሂደት ውስጥ በብዙ መቶ እና በሺዎች በሚቆጠሩ ኬልቪን የሙቀት መጠን ውስጥ ትልቅ ሚና መጫወት ይጀምራል, ምክንያቱም በዚህ መንገድ የሚተላለፈው የኃይል መጠን Q ከ 4 ኛ ፍፁም የሙቀት መጠን ጋር በተመጣጣኝ መጠን ይጨምራል, ማለትም, ቲ. 4 ። ለምሳሌ የኛ ፀሀይ አብዛኛውን ሃይሏን በጨረር ታጣለች።
የጠጣር የሙቀት አማቂነት
በደረቅ ንጥረ ነገሮች ውስጥ እያንዳንዱ ሞለኪውል ወይም አቶም በተወሰነ ቦታ ላይ ስለሚገኙ እና ሊተዉት ስለማይችሉ ሙቀትን በኮንቬክሽን ማስተላለፍ የማይቻል ሲሆን ብቸኛው አማራጭ ሂደት ነው.conductivity. የሰውነት ሙቀት መጠን እየጨመረ በሄደ መጠን በውስጡ ያሉት ንጥረ ነገሮች የእንቅስቃሴ ኃይል ይጨምራል, እና እያንዳንዱ ሞለኪውል ወይም አቶም በይበልጥ መወዛወዝ ይጀምራል. ይህ ሂደት ከአጎራባች ሞለኪውሎች ወይም አተሞች ጋር እንዲጋጩ ያደርጋቸዋል፣በዚህ አይነት ግጭት ምክንያት ሁሉም የሰውነት ክፍሎች በዚህ ሂደት እስኪሸፈኑ ድረስ የኪነቲክ ሃይል ከቅንጣት ወደ ቅንጣት ይተላለፋል።
በተገለጸው በአጉሊ መነጽር ዘዴ የተነሳ የብረት ዘንግ አንድ ጫፍ ሲሞቅ ከጥቂት ቆይታ በኋላ የሙቀት መጠኑ በአጠቃላይ ዘንግ ላይ ይወጣል።
ሙቀት በተለያዩ ጠንካራ ቁሶች ውስጥ እኩል አይተላለፍም። ስለዚህ, ጥሩ የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) ያላቸው ቁሳቁሶች አሉ. በቀላሉ እና በፍጥነት ሙቀትን በራሳቸው ያካሂዳሉ. ነገር ግን ትንሽ ወይም ምንም ሙቀት የማይያልፍባቸው ደካማ የሙቀት ማስተላለፊያዎች ወይም ኢንሱሌተሮችም አሉ።
የሙቀት ማስተላለፊያ ቅንጅት ለጠጣር
ለጠጣር k የቴርማል ኮንዳክቲቭ ኮፊሸንትነት የሚከተለው አካላዊ ትርጉም አለው፡- ይህ የሙቀት መጠን ልዩነት በማንኛውም የሰውነት ውፍረት እና ወሰን የሌለው ርዝመት እና ስፋት በአንድ ክፍል ውስጥ የሚያልፍ የሙቀት መጠን ያሳያል። ጫፎቹ ከአንድ ዲግሪ ጋር እኩል ናቸው. በአለምአቀፍ የዩኒቶች SI ሲስተም፣ k (coefficient k) የሚለካው በJ/(smK) ነው።
ይህ በጠጣር ውስጥ ያለው ኮፊሸን በሙቀቱ ላይ የተመሰረተ ነው ስለዚህ ሙቀትን የመምራት ችሎታን ለማነፃፀር በ 300 ኪ.ሜ የሙቀት መጠን መወሰን የተለመደ ነው.የተለያዩ ቁሳቁሶች።
የሙቀት ማስተላለፊያ ቅንጅት ለብረታ ብረት እና ብረት ላልሆኑ ጠንካራ ቁሶች
ሁሉም ብረቶች፣ ያለ ምንም ልዩነት፣ ጥሩ የሙቀት ማስተላለፊያዎች ናቸው፣ ለዚህም ማስተላለፍ ለኤሌክትሮን ጋዝ ተጠያቂ ናቸው። በምላሹ, ion እና covalent ቁሶች, እንዲሁም ፋይበር መዋቅር ጋር ቁሳቁሶች, ጥሩ ሙቀት insulators ናቸው, ማለትም, እነርሱ በደካማ ሙቀት ይመራል. የሙቀት አማቂ conductivity ምንድን ነው የሚለውን ጥያቄ መግለጽ ለማጠናቀቅ, ይህ ሂደት convection ወይም conduction ምክንያት ተሸክመው ከሆነ, ነገር አስገዳጅ መገኘት የሚጠይቅ መሆኑ መታወቅ አለበት, ስለዚህ, ቫክዩም ውስጥ, ሙቀት ብቻ ምክንያት ማስተላለፍ ይቻላል. የኤሌክትሮማግኔቲክ ጨረር።
ከታች ያለው ዝርዝር በJ/(smK) ውስጥ ለአንዳንድ ብረቶች እና ብረታ ላልሆኑ የፍል conductivity ቅንጅቶች ዋጋ ያሳያል።
- ብረት - 47-58 እንደ ብረት ደረጃ፤
- አሉሚኒየም - 209, 3;
- ነሐስ - 116-186፤
- ዚንክ - 106-140 እንደ ንጽህና፤
- መዳብ - 372፣ 1-385፣ 2፤
- ናስ - 81-116፤
- ወርቅ - 308፣ 2፤
- ብር - 406፣ 1-418፣ 7፤
- ጎማ - 0፣ 04-0፣ 30፤
- ፋይበርግላስ - 0.03-0.07፤
- ጡብ - 0, 80;
- ዛፍ - 0, 13;
- ብርጭቆ - 0፣ 6-1፣ 0.
በመሆኑም የብረታ ብረት የሙቀት አማቂነት መጠን ከ2-3 ቅደም ተከተሎች ለኢንሱሌተሮች የሙቀት መቆጣጠሪያ እሴት ከፍ ያለ ሲሆን ይህም ዝቅተኛ የሙቀት አማቂነት ምንነት ነው ለሚለው ጥያቄ መልሱ ዋነኛ ማሳያ ነው።
የሙቀት ማስተላለፊያ እሴት በብዙዎች ውስጥ ትልቅ ሚና ይጫወታልየኢንዱስትሪ ሂደቶች. በአንዳንድ ሂደቶች ጥሩ የሙቀት ማስተላለፊያዎችን በመጠቀም እና የመገናኛ ቦታን በመጨመር ለመጨመር ይፈልጋሉ, ሌሎች ደግሞ የመገናኛ ቦታን በመቀነስ እና ሙቀትን የሚከላከሉ ቁሳቁሶችን በመጠቀም የሙቀት መጠንን ለመቀነስ ይሞክራሉ.
በፈሳሽ እና በጋዞች ውስጥ ያለው ግንኙነት
በፈሳሽ ውስጥ ያለውን ሙቀት ማስተላለፍ የሚከናወነው በኮንቬክሽን ሂደት ነው። ይህ ሂደት የተለያየ የሙቀት መጠን ባላቸው ዞኖች መካከል የአንድ ንጥረ ነገር ሞለኪውሎች እንቅስቃሴን ያካትታል, ማለትም በኮንቬክሽን ጊዜ, ፈሳሽ ወይም ጋዝ ይቀላቀላል. ፈሳሽ ነገር ሙቀትን በሚለቁበት ጊዜ ሞለኪውሎቹ የተወሰነውን የኪነቲክ ኃይላቸውን ያጣሉ እና ነገሩ ጥቅጥቅ ያለ ይሆናል። በተቃራኒው ፣ ፈሳሽ ነገር ሲሞቅ ፣ ሞለኪውሎቹ የእንቅስቃሴ ኃይላቸውን ይጨምራሉ ፣ እንቅስቃሴያቸው የበለጠ እየጠነከረ ይሄዳል ፣ በቅደም ተከተል ፣ የቁሱ መጠን ይጨምራል ፣ እና መጠኑ ይቀንሳል። ለዚያም ነው ቀዝቃዛዎቹ የቁስ አካላት በስበት ኃይል ተጽእኖ ስር ወደ ታች ይወድቃሉ, እና ትኩስ ሽፋኖች ለመነሳት ይሞክራሉ. ይህ ሂደት የቁስ መቀላቀልን ያመጣል, ይህም ሙቀትን በንብርብሮች መካከል ማስተላለፍን ያመቻቻል.
የአንዳንድ ፈሳሾች የሙቀት አማቂነት
የውሃ የሙቀት አማቂነት ምንድነው የሚለውን ጥያቄ ከመለሱ፣በኮንቬክሽን ሂደት ምክንያት መሆኑን መረዳት ያስፈልጋል። ለእሱ ያለው የሙቀት ማስተላለፊያ ቅንጅት 0.58 J/(smK) ነው።
ለሌሎች ፈሳሾች ይህ ዋጋ ከዚህ በታች ተዘርዝሯል፡
- ኤቲል አልኮሆል - 0.17፤
- አሴቶን - 0, 16;
- glycerol - 0, 28.
ይህም እሴቶቹየፈሳሽ የሙቀት ማስተላለፊያዎች ከጠንካራ ሙቀት መከላከያዎች ጋር ሊነፃፀሩ ይችላሉ።
በከባቢ አየር ውስጥ ያለው ግንኙነት
የከባቢ አየር መወዛወዝ አስፈላጊ ነው ምክንያቱም እንደ ንፋስ፣ አውሎ ንፋስ፣ ደመና መፈጠር፣ ዝናብ እና ሌሎችም ያሉ ክስተቶችን ስለሚያመጣ ነው። እነዚህ ሁሉ ሂደቶች የቴርሞዳይናሚክስ አካላዊ ህጎችን ያከብራሉ።
በከባቢ አየር ውስጥ ከሚገኙት የኮንቬክሽን ሂደቶች መካከል በጣም አስፈላጊው የውሃ ዑደት ነው። እዚህ ላይ የውሃው የሙቀት አማቂነት እና የሙቀት አቅም ምን እንደሆነ ጥያቄዎችን ግምት ውስጥ ማስገባት አለብን. የውሃው ሙቀት መጠን በአንድ ዲግሪ እንዲጨምር ምን ያህል ሙቀት ወደ 1 ኪሎ ግራም ውሃ መተላለፍ እንዳለበት እንደ አካላዊ መጠን ይገነዘባል. ከ4220 J ጋር እኩል ነው።
የውሃ ዑደቱ የሚከናወነው በሚከተለው መልኩ ነው፡- ፀሀይ የውቅያኖሶችን ውሃ ታሞቃለች፣ እና የውሃው ክፍል ወደ ከባቢ አየር ይተነትናል። በኮንቬክሽን ሂደት ምክንያት የውሃ ትነት ወደ ከፍተኛ ከፍታ ይወጣል፣ ይቀዘቅዛል፣ ደመና እና ደመና ይፈጠራሉ ይህም በበረዶ ወይም በዝናብ መልክ ወደ ዝናብ ይመራል።
