انتقال حرارت

انتقال حرارت و گرما یا انتقال حرارت نوعی از انرژی است. که بر اثر اختلاف دما بین دو جسم، از جسم بادمای بیشتر به جسم با دمای کمتر انتقال پیدا میکند.

گرمای انتقال یافته می تواند دمای جسم را  افزایش دهد .

و  موجب افزایش دمای جسم  شود ،

علاوه بر این  تغییر دما ، گرمای انتقال یافته می تواند باعث تغییر شکل و یا تغییر حالت جسم  شود.

سرعت انتقال گرما (حرارت)  در جامدات سریعتر صورت میگیرد

و علت آن نزدیک تر بودن مولوکولهای اجسام جامد می باشد که به هم نزدیکترند .

واحد اندازه گیری گرما ژول می باشد که آنرا با نماد  (J) نمایش میدهند

  انتقال گرما  Heat transfer

انتقال گرما  Heat transfer به تبادل انرژی گرمایی میان دو یا چند جسم یا سامانه ی فیزیکی گفته می‌شود.

انتقال گرما به سه روش روی می‌دهد؛ رسانش، هم‌رفت و تابش.

انتقال حرارت با تغییر انرژی درونی ماده همراه است و بر پایه ی قانون دوم ترمودینامیک همیشه از جسم گرمتر به جسم سردتر روی می‌دهد.

تعادل گرمایی زمانی به‌دست می‌آید که جسم‌های درگیر و پیرامونشان به دمایی یکسان برسند.

سازوکارهای انتقال حرارت

شیوه‌های انتقال حرارت عبارتند از:

رسانش یا هدایت: انتقال انرژی بین جسم‌هایی که در تماس هستند

هم‌رفت یا جابه‌جایی: انتقال انرژی به دلیل حرکت شاره

تابش یا تشعشع: انتقال انرژی با تابش پرتوهای الکترومغناطیسی

انتقال جرم: انتقال انرژی از یک مکان به مکان دیگر با جابه‌جایی جسم دارای انرژی.

رسانش گرمایی، انتقال انرژی از راه انتقال انرژی جنبشی مولکول‌ها و اتم‌ها به مولکول‌ها و اتم‌ها همسایه خود است.

برای رسانش گرمایی دو جسم باید در تماس با یکدیگر باشند.

هم‌رفت به انتقال انرژی به دلیل جابه‌جایی سیال (مایع یا گاز) گفته‌می‌شود. جریان سیال ممکن است با فرایندهای بیرونی به صورت اجباری ایجاد شود.

یا گاهی (در میدان‌های گرانشی) توسط نیروهای رانشی هنگامی که انرژی گرمایی سیال را منبسط می‌کند (به عنوان مثال در یک ستون آتش) ایجاد شوند.

در نتیجه باعث انتقال خودبه‌خود می‌شوند. فرایند دوم گاهی هم‌رفت طبیعی نامیده می‌شود. همه فرایندهای هم‌رفتی گرما را تا حدودی به وسیله نفوذ منتقل می‌کنند.

نوع دیگری از هم‌رفت، هم‌رفت اجباری است. در این مورد سیال با استفاده از جابه‌جایی، توربین یا وسایل مکانیکی دیگر برای جریان یافتن تحت اجبار قرار می‌گیرد. این روش انتقال حرارت ویژه سیالات است و در جامدات کاربردی ندارد؛ و بر خلاف روش رسانش، ماده برای انتقال حرارت جابه‌جا می‌شود. همواره عامل اصلی انتقال حرارت به روش هم‌رفت اختلاف چگالی بین دو نقطه از سیال است و آنچه که باعث اختلاف چگالی بین دو نقطه می‌شود اختلاف دما می‌باشد؛ در نتیجه جریانی از حرکت سیال بین دو نقطه ایجاد می‌شود که به آن جریان هم‌رفتی می‌گویند.

تابش به انتقال انرژی بر اثر تابش پرتوهای الکترومغناطیسی را می‌گویند. همهٔ ماده‌ها که دمایی بالاتر از صفر مطلق دارند.

پرتوهای الکترومغناطیسی پخش می‌کنند. مهمترین ویژگی این شیوه، آن است.

که نیازی به ماده ندارد، برخلاف دیگر سازوکارهای انتقال که همه نیازمند ماده هستند. پرتوهای تابیده می‌تواند در یک نقطه کوچک با استفاده از آینه‌های بازتابنده متمرکز شود که در جمع‌آوری انرژی خورشیدی استفاده می‌شود. برای مثال، نور بازتابیده از آینه‌ها، برج انرژی خورشیدی PS10 را گرم می‌کند و در طول روز می‌تواند آب را تا ۲۸۵ درجه سانتی‌گراد گرم کند.

انتقال جرم

در انتقال جرم، انرژی از جمله انرژی گرمایی با انتقال فیزیکی از جسم گرم به جسم سرد از یک مکان به مکان دیگر حرکت می‌کند. این می‌تواند به سادگی با قرار دادن آب گرم در بطری و گرم کردن بستر آن یا حرکت کوه یخ در تغییرات جریانهای اقیانوسی باشد؛ و یک مثال عملی هیدرولیک گرمایی است.

انواع روش‌های انتقال حرارت

رسانش (Conduction)

هم‌رفت (Convection)

تشعشع (Radiation)

رسانش یا هدایت

در انتقال حرارت به روش هدایت ابتدا قسمتی از ماده گرم می‌شود، مولکول‌های آن قسمت جنبش بیشتری پیدا می‌کنند سپس به مولکول‌های مجاور برخورد کرده آنها را نیز به حرکت درمی‌آورند. این کار در سراسر ماده ادامه می‌یابد تا این که ماده گرم می‌شود.

روش انتقال حرارت هدایت در سه حالت ماده یکسان نیست. مواد جامد چون فاصله بین ملکول‌هایشان کمتر است گرما را سریع‌تر منتقل می‌کنند، در مایعات میزان رسانایی از جامدات کمتر است و در گازها که فاصلهٔ مولکول‌ها از همه بیشتر است میزان رسانایی از همه کمتر است.

هم‌رفت یا جابه‌جایی یا وزش

در روش جابه‌جایی مولکول‌های ماده ضمن انتقال حرارت حرکت می‌کنند. برای ایجاد جریان هم‌رفت سه شرط لازم است:

ماده باید مایع یا گاز (سیال) باشد.

بین دو نقطه از جسم اختلاف دما وجود داشته باشد یعنی قسمتی گرم و قسمتی سرد باشد (شرط اولیه هر انتقال حرارت).

قسمت گرم پایین‌تر از قسمت سرد باشد.

تشعشع یا تابش

در انتقال حرارت تابشی، گرما با استفاده از مکانیسم تابش انرژی یا حرکت موج از یک جسم به جسم دیگر اتفاق می‌افتد. در این روش برخلاف دو روش قبل برای انتقال حرارت نیاز به ماده نیست. مانند گرمای خورشید که از فضای بدون ماده عبور کرده و به ما می‌رسد.

میزان گرمای منتقل شده از روش تابش به دو عامل بستگی دارد: دمای جسم و رنگ آن. هرچه دمای جسم بیشتر باشد میزان گرمای تابیده از آن بیشتر است و اگر دمای آن کمتر باشد بیش از آنکه گرما را تابش کند دریافت می‌کند.

محصولات گرمایش تابشی گرماتابش از این طریق گرمای مورد نیاز را انتقال میدهد