الفرق بين التوصيل والحمل والإشعاع (مع الجدول)

تُعرف الظاهرة الفيزيائية المتمثلة في تبادل الطاقة الحرارية عبر نظامين عبر تبديد الطاقة باسم نقل الحرارة. الجوانب الرئيسية للتبادل الحراري هي درجة الحرارة وتدفق الحرارة. تحدد درجة الحرارة كمية الطاقة الحرارية المدخلة، ويشير تدفق الحرارة إلى نقل الطاقة الحرارية.

ترتبط الطاقة الحركية للجزيئات ارتباطًا مباشرًا بالطاقة الحرارية على نطاق صغير. تصبح الجزيئات أكثر إثارة مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى حركة خطية واهتزازات. 

يتم نقل الطاقة من المناطق ذات الطاقة الحركية الأعلى إلى المناطق ذات الطاقة الحركية الأقل. يمكن تصنيف الاختلافات في درجات الحرارة إلى التوصيل والحمل الحراري والإشعاع. 

التوصيل مقابل الحمل الحراري مقابل الإشعاع

الفرق الرئيسي بين التوصيل والحمل الحراري والإشعاع هو أن انتقال الحرارة يتم من خلال الاتصال المباشر في التوصيل. في المقابل، في الحمل الحراري، تشارك حركة الجزيئات في نقل الحرارة. ومن ناحية أخرى، الإشعاع هو عملية تبديد الحرارة عبر الموجات الكهرومغناطيسية. 

الاصطدام الجزيئي المباشر هو الطريقة التي ينقل بها التوصيل الحرارة. سيتم نقل الطاقة الحرارية من منطقة ذات طاقة حركية مرتفعة إلى منطقة ذات طاقة حركية غير كافية. ستتصل الجسيمات ذات السرعة الأعلى بالجزيئات ذات السرعة الأبطأ. ونتيجة لذلك، فإن الطاقة الحركية للجسيمات التي تتحرك بشكل أبطأ سوف تنمو.

عندما يتعرض وسط، مثل الهواء أو السائل، للحرارة ويتحرك بعيدًا عن المصدر، فإن الطاقة الحرارية تحمل معه. الحمل الحراري هو المصطلح الذي يطلق على هذا النوع من نقل الحرارة. يتسبب السطح الساخن في تمدد السائل الموجود فوقه، ويصبح أقل كثافة، ويرتفع.

ينتج عن تشتت الموجات الكهرومغناطيسية إشعاع حراري. يتم نقل الطاقة بعيدًا عن الجسم المولّد بواسطة هذه الموجات. يمكن أن يحدث الإشعاع في الفراغ أو عبر أي مادة صافية. الإشعاع هو نتيجة مباشرة لتحريك الذرات أو الجزيئات بشكل عشوائي. 

جدول مقارنة بين التوصيل والحمل والإشعاع

ما هو التوصيل؟

التوصيل هو العملية التي تسمح بانتقال الحرارة عبر المواد بسبب اختلافات درجات الحرارة بين الأجزاء المجاورة من المادة. ويحدث ذلك عندما ترتفع درجة حرارة جزيئات المادة، مما يسبب اهتزازات شديدة. 

تتلامس الجسيمات مع الذرات والجزيئات، مما يجعلها تهتز، وتنقل الطاقة الحرارية إلى الأجزاء القريبة من العنصر.

التوصيل هو حركة الطاقة من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم الأبرد عندما يكون سطحان على اتصال مباشر. علاوة على ذلك، فإن الموصلات هي عناصر تسمح للحرارة بالمرور عبرها بسهولة.

ما هو الحمل؟

الحمل الحراري هو نوع من انتقال الحرارة الذي يحدث فقط في السوائل وينتج عن الحركة الحقيقية للمواد. يشير مصطلح "السوائل" إلى أي وسط يمكن أن تتحرك فيه الجزيئات مثل السوائل والغازات بحرية من مكان إلى آخر. يحدث بشكل طبيعي أو ربما حتى بشكل تطفلي.

تلعب الجاذبية دورًا حيويًا في الحمل الحراري الطبيعي عندما يتم تسخين السائل من الأسفل، مما يؤدي إلى تمدد المكون الأكثر سخونة. 

تزيد المواد الأكثر سخونة بسرعة من الطفو لأنها أقل ثقلاً. وبالمقارنة، تحاول المادة الباردة استبدال ذلك بالغوص إلى القاع بسبب زيادة كثافتها؛ وهكذا يتكرر الاتجاه. عندما يتم تسخين مادة ما بالحمل الحراري، فإن الجزيئات تتناثر وتبتعد.

ما هو الاشعاع؟

الإشعاع هو عملية نقل حرارة لا تنطوي على استخدام وسيط. إنها تنطوي على حركة الطاقة في موجات لا تتطلب مرور الجزيئات. لنقل الحرارة ، لا يجب أن تكون الأشياء على اتصال وثيق ببعضها البعض. 

يجعلك الإشعاع تشعر بالدفء حتى لو لم تلمس الموضوع. علاوة على ذلك، تؤثر الصبغة واتجاه السطح والصفات السطحية الأخرى بشكل كبير على الإشعاع.

ينقل هذا الإجراء الطاقة عبر موجات كهرومغناطيسية تسمى الطاقة المشعة. الأجسام الدافئة في بيئة أكثر برودة تنبعث منها طاقة حرارية. يمكن للطاقة الإشعاعية أن تنتقل من مصدرها إلى محيط أكثر برودة. 

إن الإشعاع الشمسي الذي نتلقاه من الشمس بالرغم من بعدها هو أبرز مثال للإشعاع.

الاختلافات الرئيسية بين التوصيل والحمل والإشعاع

1. التوصيل هو النقل الفيزيائي للحرارة في المواد الصلبة، والحمل الحراري هو حركة الحرارة بين السوائل، والإشعاع هو عملية نقل الحرارة عبر الموجات الكهرومغناطيسية.
2. يحدث التوصيل في المواد الصلبة، ويحدث الحمل الحراري في السوائل والغازات، ويحدث الإشعاع في جميع حالات المادة، حتى في الفراغ.
3. يكون التوصيل أبطأ من الحمل الحراري ، وهو أسرع من الإشعاع.
4. لا يتبع التوصيل والحمل الحراري قاعدة الانكسار والانعكاس، في حين أن الإشعاع يفعل ذلك.
5. يؤدي الاختلاف في درجة الحرارة إلى انتقال الحرارة بالتوصيل، في حين أن الحمل الحراري يحدث بسبب الاختلافات في الكثافة، ودرجات الحرارة الأعلى من 0 كلفن تسبب الإشعاع.
6. يحدث التوصيل في المواد الصلبة نتيجة الاصطدامات الجزيئية. في المقابل، يحدث الحمل الحراري في السوائل بسبب تدفق الجزيئات، ويحدث الإشعاع في الفضاء حتى بدون مبادل حراري.

وفي الختام 

إذن، الحرارة هي انتقال الطاقة من نظام إلى آخر بسبب اختلاف درجات الحرارة، والذي يمكن أن يحدث بالطرق التالية: التوصيل، والحمل الحراري، والإشعاع.

الديناميكا الحرارية هو العلم الذي يدرس انتقال الحرارة والتحولات التي تحدث بسببها. يسمى تدفق الحرارة من المنطقة الأكثر سخونة إلى المنطقة الباردة بالتوصيل. الحمل الحراري هو انتقال الحرارة الذي يحدث عندما يتحرك السائل لأعلى ولأسفل. عندما تتدفق الحرارة عبر الفضاء الفارغ، يطلق عليه الإشعاع.

غالبًا ما يُساء فهم هذه الأنواع من انتقال الحرارة ، لكنها تعتمد على تفاعلات فيزيائية مختلفة لنقل الطاقة.