أعلى المواد كفاءة في توصيل الحرارة

تختلف المواد في قدرتها على توصيل الحرارة، وهذا الاختلاف يعود لعدة أسباب، أبرزها البنية البلورية لكل مادة. تحتل الفضة الصدارة بين المواد من حيث الموصلية الحرارية والكهربائية، إذ تُعتبر الفضة من أفضل الخيارات لنقل الحرارة وأعلى المواد في عكس الضوء.

طرق انتقال الحرارة

يؤدي التفاوت في درجات الحرارة إلى انتقال الطاقة الحرارية من الأجسام ذات الحرارة العالية إلى تلك ذات الحرارة المنخفضة. ويختلف أسلوب نقل الحرارة باختلاف الحالة الفيزيائية للمواد، حيث يتم نقل الحرارة في المواد الصلبة بطرق مختلفة تمامًا عن تلك المستخدمة في السوائل. فيما يلي أبرز طرق انتقال الحرارة بالتفصيل:

التوصيل الحراري

يشير مصطلح التوصيل إلى انتقال الطاقة الحرارية بين جزيئات المادة المجاورة، وينتج ذلك نتيجة لوجود اختلافات في درجات الحرارة. يمكن التعبير عن هذه العملية رياضياً من خلال المعادلة التالية:

• التوصيل الحراري = – ثابت الموصلية الحرارية للمادة × مساحة المقطع العرضي × الفرق في درجات الحرارة بين الجانبين.

تشير الإشارة السالبة إلى أن الحرارة تنتقل من مناطق ذات درجات حرارة أعلى إلى مناطق ذات درجات حرارة أقل، مما يستدعي استخدامها لتقديم قيمة نهائية موجبة. يختلف ثابت الموصلية من مادة إلى أخرى، مما يسبب تفاوتًا في مستويات توصيل الحرارة بينها، حيث تعبر القيم الأعلى عن كفاءة وسرعة المادة في نقل الحرارة.

التوصيل بالحمل

تخص طريقة الحمل الحراري السوائل والغازات، حيث تؤدي الطاقة المكتسبة من جزيئات السائل إلى ارتفاع درجة حرارته وبالتالي تقليل كثافته. يحدد ذلك سلوك السائل المهتز؛ إذ يرتفع السائل الساخن إلى الأعلى، ويأخذ مكانه سائل ذو درجة حرارة أقل، مما يساهم في انتقال الحرارة بشكل دوري في جميع أنحاء السائل. مثال على ذلك هو الهواء في الغلاف الجوي، حيث يرتفع الهواء الدافئ الملامس لسطح الأرض ليحل محله هواء بارد.

التوصيل بالإشعاع

على خلاف طرق نقل الحرارة الأخرى، لا تعتمد طريقة التوصيل بالإشعاع على وجود مصدر حرارة متصل مباشر بالمادة. إذ يقوم الإشعاع الحراري بنقل الحرارة من المصدر إلى المواد الأخرى عبر الأشعة تحت الحمراء التي تعتبر نوعاً من أنواع الأشعة الكهرومغناطيسية. تنبعث الطاقة عندما تنتقل الإلكترونات من مدارات أعلى إلى مدارات أقل حول الذرة، وتخرج هذه الطاقة في شكل موجات كهرومغناطيسية تسير بسرعة الضوء وتحتاج إلى وسط لتنتقل فيه، تمامًا كما تفعل الأشعة التي تصدر من الشمس وتصل إلى كوكب الأرض.