انتقال حرارت چیست

انتقال حرارت چیست ؟

در پاسخ به این سوال که انتقال حرارت چیست باید گفت که هرگاه دو جسم با درجۀ حرارت‌های مختلف در کنار هم قرار گیرند، گرما از جسم گرم به جسم سرد منتقل می‌شود. بنابراین بین دو جسم تبادل گرما صورت می‌گیرد. وقتی دو جسم با دماهای مختلف در کنار هم قرار گیرند به دلیل تبادل گرما پس از یک مدت زمان مشخص هم دما شده و به تعادل دمایی می رسند. این تبادل گرما همواره از جسم گرم به سمت جسم سرد بوده تا زمانیکه هم دما شوند.

انتقال حرارت، قوانین نحوه پخش و انتشار گرما بین دو جسم یا دو محیط، بر اثر تفاوت درجۀ حرارت بین آنها را بیان می‌کند. مطالعه و دانستن این قوانین در تمام صنایع حرارتی، متالورژی و همچنین دستگاه‌ها و تأسیساتی که به شکلی با گرما در ارتباط هستند ضروری است. در صنعت ریخته‌گری و ذوب فلزات، دانستن قوانین انتقال حرارت برای تهیه قطعه مطلوب و بدون عیب و با صرفه اقتصادی مناسب، اهمیت زیاد دارد.

انواع انتقال حرارت

انتقال حرارت در ارتباط با اجسام و محیط‌ها به سه روش صورت می گیرد :

انتقال حرارت از طریق هدایت 

اگر ابتدای یک میلۀ آلومینیومی را در آب جوش فرو ببریم، مشاهده می‌کنیم که به تدریج نقاط مختلف این میله گرم می‌شود، به طوری که پس از مدتی، تمام میله گرم می‌شود و انرژی گرمایی به وسیلۀ ذرات آلومینیوم (اتم ها) از ابتدای میله، به انتهای میله می‌رسد. این گونه انتقال حرارت را هدایت یا رسانایی می نامند. هر قدر قابلیت هدایت جسم بیشتر باشد، انتقال حرارت سریع‌تر خواهد بود.برای مثال قابلیت هدایت اجسامی نظیر چوب یا شیشه به مراتب کمتر از آلومینیوم و سایر فلزات است و انتقال حرارت در آنها به کندی انجام می‌گیرد.

تئوری مولکولی انتقال حرارت

اگر انرژی حرارتی از هر مولکول یا اتم به مولکول مجاور خود، طوری منتقل شود که هیچ مولکولی از جای خود حرکت انتقالی نکند و به عبارتی دیگر، محل مولکول ها ثابت باشد و فقط انرژی حاصل از ارتعاش (گرما) از مولکولی به مولکول دیگر منتقل شود، در این صورت این انتقال را هدایت گویند.

انتقال حرارت از طریق جابه جایی

در این روش مولکول های قسمت گرم و قسمت سرد جای خود را عوض کرده و این عمل تا موقعی که تمام محیط (قسمت های سرد و گرم) به یک درجه حرارت متعادل برسند ادامه خواهد داشت. در حقیقت انتقال حرارت به طریقه جابه‌جایی فقط برای مایعات و گازها امکان‌پذیر است. برای مثال وقتی در اتاق بخاری یا شوفاژ روشن می‌کنیم هوای گرم اطراف بخاری یا شوفاژ به علت سبک شدن و کاهش چگالی به سمت بالا حرکت کرده و هوای سرد که سنگین‌تر است در جای آن قرار می‌گیرد. این عمل چرخش هوای گرم و سرد آن قدر ادامه پیدا می کند،‌تا درجه حرارت اتاق به تعادل برسد. در ریخته‌گری، مهم ترین موضوع در کوره ها، انتقال حرارت به طریق جابه‌جایی است که در دهانه کوره با گرم شدن هوای محیط، حرارت به خارج انتقال یافته که درنتیجه باعث کاهش راندمان حرارتی کوره می‌شود

انتقال حرارت از طریق تشعشع

در این نوع انتقال، انرژی حرارتی به صورت امواج با ماهیتی نظیر امواج نورانی منتقل می‌شوند. بنابراین انرژی حرارتی مانند انرژی نورانی برای انتشار احتیاجی به محیط مادی ندارد و در خلأ بهتر و سریع‌تر منتشر می‌شود. به طور کلی هر جسمی که درجه حرارت آن بیشتر از صفر مطلق (۲۷۳  درجۀ سلسیوس) باشد، از خود انرژی حرارتی پخش می‌کند و هرچه درجه حرارت جسم افزایش یابد این انرژی نیز بیشتر خواهد شد. در درجه حرارت‌های بالاتر انرژی تشعشعی، با انرژی نورانی همراه خواهد بود. به طوری که از روی رنگ جسم گداخته می‌توان به درجه حرارت آن پی برد.

فولاد معمولی بین ۷۷۰ تا ۸۳۰ درجه سلسیوس قرمز رنگ بوده و بین ۸۳۰ تا ۱۵۰۵ درجۀ سلسیوس به رنگ نارنجی نمایان می شود. در دمای بین ۱۰۵۰ تا ۱۱۵۰ درجۀ سلسیوس به رنگ زرد لیمویی درمی آید. در بعضی از کوره های ذوب فلز، عمل ذوب بیشتر توسط انرژی تشعشعی حاصل از احتراق سوخت انجام می گیرد.برای مثال در کوره های شعله ای (دوار) مقداری از انرژی تشعشعی مستقیماً و مقداری پس از انعکاس توسط سقف و دیواره‌های کوره به سطح فلز تابش می کند و باعث افزایش درجه حرارت و ذوب آن می گردد.