درجة حرارة التوازن للسوائل المختلطة

• نقل الحرارة
• درجة حرارة التوازن

بعبارات بسيطة للغاية، يقتصر مجال علم انتقال الحرارة على أمرين اثنين فقط: درجة الحرارة، وتدفق الحرارة. تمثل درجة الحرارة كمية الطاقة الحرارية المتاحة، في حين يمثل تدفق الحرارة انتقال الطاقة الحرارية من مكان إلى آخر. وعلى المستوى المجهري، ترتبط الطاقة الحرارية بالطاقة الحركية للجزيئات. فكلما ارتفعت درجة حرارة المادة، زاد الاضطراب الحراري للجزيئات المكونة لها (وهو ما يتجلى في كل من الحركة الخطية وأنماط الاهتزاز). ومن الطبيعي أن تنقل المناطق التي تحتوي على طاقة حركية جزيئية أكبر هذه الطاقة إلى المناطق ذات الطاقة الحركية الأقل. وتساهم العديد من خصائص المواد في تعديل الحرارة المنقولة بين منطقتين ذات درجتي حرارة مختلفتين. ومن الأمثلة على ذلك الموصلية الحرارية، والحرارة النوعية، وكثافة المواد، وسرعات السوائل، ولزوجة السوائل، والانبعاثية السطحية، وغيرها. وعندما تُؤخذ هذه الخصائص مجتمعةً، فإنها تجعل حل العديد من مشكلات نقل الحرارة عملية معقدة.

يمكن تصنيف آليات انتقال الحرارة إلى ثلاث فئات عامة.

التوصيل: تنقل المناطق ذات الطاقة الحركية الجزيئية الأكبر طاقتها الحرارية إلى المناطق ذات الطاقة الجزيئية الأقل من خلال التصادمات الجزيئية المباشرة، وهي عملية تُعرف باسم التوصيل. وفي المعادن، يُنقل جزء كبير من الطاقة الحرارية المنقولة أيضًا بواسطة إلكترونات شريط التوصيل.

الحمل الحراري: عندما تنتقل الحرارة إلى سائل ساكن، فإن ذلك يؤدي إلى تمدد حجمي موضعي. ونتيجة لتدرجات الضغط الناتجة عن الجاذبية، تكتسب جزيئة السائل المتمددة قوة طفو وتزاحم، مما يؤدي إلى نقل الحرارة عن طريق حركة السائل (أي الحمل الحراري) بالإضافة إلى التوصيل الحراري. وتُعرف حركة السائل الناتجة عن الحرارة في السوائل الساكنة في البداية باسم «الحمل الحراري الحر».

يحدث ذلك عندما يتلامس جسمان بدرجات حرارة مختلفة؛ حيث تتدفق الحرارة من الأجسام الأكثر سخونة إلى الأجسام الأقل سخونة.

الإشعاع: تشع جميع المواد طاقة حرارية بكميات تتحدد حسب درجة حرارتها، حيث تنتقل هذه الطاقة عن طريق فوتونات الضوء في النطاقين الأشعاعي المرئي والأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. وعندما تكون درجات الحرارة متجانسة، يكون التدفق الإشعاعي بين الأجسام في حالة توازن ولا يحدث تبادل صافٍ للطاقة الحرارية. ويختل هذا التوازن عندما لا تكون درجات الحرارة متجانسة، فتنتقل الطاقة الحرارية من الأسطح ذات درجات الحرارة الأعلى إلى الأسطح ذات درجات الحرارة الأقل.

• مقياس السعرات الحرارية الخلطي — HEA-008
• مقياس حرارة (-10° / +110 °) — HEA-005
• الكرونومتر الرقمي — MEC-055
• كأس زجاجي منخفض الشكل، زجاج بوروسيليكات، سعة 500 مل — HEA-003
• ميزان إلكتروني 300 غرام/دقة قراءة 0.01 غرام — CHE-015

• ما هي الآلية التي يتم من خلالها الوصول إلى درجة الحرارة النهائية؟
• ما هي درجة حرارة التوازن المتوقعة؟ ولماذا تقل عن 50 درجة مئوية؟