أسرع المواد في توصيل الحرارة
تختلف المواد في قدرتها على نقل الطاقة الحرارية، ويرجع ذلك إلى عوامل عدة، من أبرزها التركيب البلوري لكل مادة. ومن بين هذه المواد، تُعتبر الفضة من أفضلها في موصلية الحرارة والكهرباء، حيث تُعد الفضة الأكثر كفاءة في نقل الحرارة وأكثر المواد عكساً للضوء.
أساليب انتقال الحرارة
يؤدي الاختلاف في درجات الحرارة إلى انتقال الحرارة من المناطق ذات الحرارة المرتفعة إلى المناطق ذات الحرارة المنخفضة. وباختلاف الحالة الفيزيائية للمواد، تختلف أيضاً أساليب انتقال الحرارة. فعلى سبيل المثال، تُنقل الحرارة في المواد الصلبة بطريقة مغايرة لتلك الموجودة في السوائل. وفيما يلي عرض مفصل لهذه الطرق:
التوصيل الحراري
يُعرَّف انتقال الطاقة الحرارية بين جزيئات المادة المتجاورة بالتوصيل الحراري. يحدث هذا بسبب الاختلاف في درجات الحرارة بين جزيئات المادة. ويمكن التعبير عن هذا المفهوم على نحو رياضي من خلال المعادلة التالية:
- التوصيل الحراري = – ثابت الموصلية الحرارية للمادة × مساحة المقطع العرضي للمادة × الفرق بين درجات الحرارة عند طرفي المادة.
تشير الإشارة السالبة في المعادلة إلى أن الحرارة تنتقل من الدرجات الأعلى إلى الأقل، وبالتالي يتم استخدام الإشارة السالبة لتحقيق قيمة نهائية موجبة. كما يختلف ثابت الموصلية الحرارية من مادة لأخرى، مما يؤدي إلى تفاوت في قدرتها على توصيل الحرارة؛ حيث يدل ارتفاع قيمة الثابت على كفاءة وسرعة المادة في نقل الحرارة.
التوصيل بالحمل
تختص طريقة الحمل الحراري بالسوائل والغازات. إذ تقوم الطاقة المكتسبة لجزيئات السائل بتسخينه، مما يؤدي إلى انخفاض كثافته؛ بينما يرتفع السائل الساخن مما يتيح لجزيئات السائل البارد الدخول مكانه. ومن ثم تنتقل الحرارة إلى جميع أنحاء السائل بصورة دورية. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك هو الهواء في الغلاف الجوي، حيث يرتفع الهواء القريب من سطح الأرض نتيجة تسخينه ليحل محله الهواء البارد.
التوصيل بالإشعاع
بالخلاف عن طرق انتقال الحرارة الأخرى، لا تتطلب طريقة التوصيل بالإشعاع وجود مصدر حرارة متصل بالمادة. فالإشعاع الحراري ينقل الحرارة من المصدر إلى المواد الأخرى عن طريق الأشعة تحت الحمراء، التي تُعتبر شكلًا من أشكال الأشعة الكهرومغناطيسية. حيث تقوم الأجسام بإشعاع الطاقة عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أدنى حول الذرة، وبالتالي تنبعث هذه الطاقة على شكل موجات كهرومغناطيسية تسير بسرعة الضوء دون الحاجة إلى وسط ناقل، كما هو الحال بالنسبة للأشعة التي تطلقها الشمس وتصل إلى كوكب الأرض.