لا يُمكن تصنيف الحرارة بالاعتماد على درجة توصيلها؛ لأن العلاقة بين درجة الحرارة وتوصيلها تعتمد بشكل أساسي على الوسط الموجودة به والمواد المستخدمة، وكما تعلم فإن المواد في الكون متنوعة لا تُعد ولا تُحصى.
كما أن العلاقة بين الحرارة، والموصلية، والمقاومة لا تتغير بشكل خطي، وتعتمد العلاقة بين الحرارة ودرجة التوصيل على نوع المادة الموجودة على النحو الآتي:
أشباه الموصلات
وهي المواد الصلبة التي توصل التيار الكهربائي بصعوبة بالغة (مثل السيليكون والجرمانيوم)، وفي هذه الحالة تؤدي زيادة درجة الحرارة لزيادة درجة التوصيل؛ عندما تزيد درجة الحرارة تُصبح الكترونات التكافؤ في حالة حماس، وتنتقل من المستوى الموجودة به للمستوى الأعلى الذي يجعل المادة توصل الحرارة، وبالتالي تزيد درجة توصيلها، وتقل المقاومة.
المعادن
وهي مواد غير عضوية، توجد على الأرض بشكل طبيعي وتستطيع توصيل الكهرباء (مثل الفضة والحديد)، وفي المعادن زيادة درجة الحرارة تؤدي لتقليل درجة التوصيل؛ عندما تزيد درجة الحرارة، تزداد طاقة الإلكترونات الحرّة، وتزداد فرص اصطدامها ببعضها، وهذا يزيد من المقاومة مما يجعل درجة التوصيل تقل.
الكهرليات (الإلكتروليتات)
وهي المواد التي محاليلها تملك القدرة على توصيل التيار الكهربائي (مثل محلول ملح الطعام ومحلول بروميد المغنيسيوم)، وفي الكهرليات الزيادة في درجة تؤدي للزيادة في درجة التوصيل؛ بحيث تكون الأيونات تحمل شحنة أولية، وعندما تزداد الحرارة تنخفض لزوجة السائل، وبالتالي تتحرك الأيونات بشكل في حرية أكبر بالمحلول، مما يقلل من المقاومة، وبالتالي زيادة درجة التوصيل.
كما أن العلاقة بين الحرارة ودرجة توصيلها تختلف بناءً على حالة المادة على النحو الآتي:
المواد الصلبة
في المواد الصلبة يتم انتقال الحرارة بسبب حركة الالكترونات الحرة، واصطدام الجزيئات، والترددات والاهتزازات الناتجة عنها، لذلك عند زيادة درجة الحرارة تقل المسافات الحرة بين الإلكترونات، وبالتالي تنخفض حركتها، ويقل اصطدام الجزيئات، وتنخفض الترددات والاهتزازات، وبالتالي تقل درجة توصيلها.
المواد السائلة والغازات
في هذه الحالة يتم انتقال الحرارة (درجة التوصيل) بسبب انتقال الزخم بين الجزيئات، وانتقال الزخم يزيد عندما تزداد الحركة العشوائية في الجزيئات، وعند زيادة درجة الحرارة تزداد الحركة العشوائية للجزيئات، وبالتالي يزيد انتقال الزخم، وتزيد درجة التوصيل.
من الجدير بالذكر أن الحرارة تنتقل تلقائيًا من الأجسام ذات الحرارة الأعلى للأجسام ذات الحرارة الأقل حتى تصل لحالة توازن بينهما، ومن الممكن أن تنتقل الحرارة بشكل عكسي، ولكن ذلك لا يحصُل بشكل تلقائي، يوجد 3 طرق لانتقال الحرارة بين الأجسام، وهي:
التوصيل الحراري
هو واحدة من الطرق التي تنتقل بها الحرارة عبر الأجسام الصلبة نتيجة لاهتزاز الجزيئات، ومثالًا على ذلك انتقال الحرارة في قضيب معدني؛ عند تعريض طرفه لحرارة مرتفعة سوف تكتسب الجزيئات الموجودة على طرفه هذه الحرارة، وهذه الحرارة تجعلها تهتز، ومن ثم تبدأ بنقل الحرارة للجزيئات المجاورة لها، وتستمر هذه العملية حتى تصل الحرارة لكل جزيئات القضيب المعدني.
الحمل
تيارات الحمل الحراري هي الطريقة التي تنتقل بها الحرارة في السوائل والغازات، وتنتقل بسبب اختلاف كثافة المواد، التي تختلف بناءً على اختلاف درجات الحرارة في المواد، ومثالًا عليها هو عملية تسخين الماء؛ عندما يتم تسخين الماء تكتسب جزيئاته طاقة حرارية، وتقل كثافته ويرتفع للأعلى على شكل بخار الماء، وعند السطح يبرُد بخار الماء وتفقد جزيئاته الطاقة، وتقل كثافته ويسقط على شكل قطرات ماء، وتستمر العملية في الحدوث حتى يسخن الماء كله.
الإشعاع
وهو انتقال الطاقة الحرارية على شكل أشعة كهرومغناطيسية دون الحاجة لوسط ناقل للحرارة، بالاعتماد على الفرق بين الأطوال الموجية، بحيث تنتقل الحرارة بين الأمواج الطولية التي تقع في نطاق الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء، حتى الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية، ومثالًا عليها هو انتقال الحرارة من الشمس للأرض.
التوصيل الحراري والحرارة وطُرق انتقالها موضوع كبير للغاية وبه تفرّعات وموضوعات ثانوية كثيرة، أتمنى أن تكون قد حصلت على المعلومة التي تبحث عنها.
83 مشاهدة
