انتقال گرما: تفاوت میان نسخه‌ها

محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
جزبدون خلاصۀ ویرایش
Kasra1995 (بحث | مشارکت‌ها)
افزودن برخی روابط و توضیحات
خط ۱:
[[File:Erbe.gif|thumb|300px|انرژی گرمایی تابیده از زمین، جَو، ابرها (قرمز زیاد و آبی کم)]]
'''انتقال گرما''' (انتقال حرارت) {{انگلیسی| Heat transfer}} به تبادل انرژی گرمایی میان دو یا چند جسم یا سامانه (سیستم) فیزیکی گفته‌می‌شود.
 
انتقال گرما به سه روش روی می‌دهد؛ [[رسانش گرمایی|رسانش]](هدایت/Conduction)، [[همرفت|هم‌رفت]] (جابه‌جایی/Convection)، و [[تابش گرمایی|تابش]] (تشعشع/Radiation).
 
انتقال گرما با تغییر انرژی درونی ماده همراه است و بر پایه [[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.
 
همچنین [[قانون صفرم ترمودینامیک]] بیان می‌کند که اگر جسم ۱ با جسم ۲ و جسم ۲ با جسم ۳ در تعادل گرمایی باشد، آنگاه جسم ۱ با ۳ نیز در تعادل گرمایی خواهند بود.
 
== سازوکارهای انتقال گرما ==
[[پرونده:Linear Heat flow.svg|بندانگشتی|120px|جریان گرمایی خطی]]
شیوه‌های انتقال گرما عبارتند از:
* رسانش یا هازشهدایت: انتقال انرژی بین جسم‌هایی که در تماس هستند
* هم‌رفت یا جابه‌جایی: انتقال انرژی به دلیل حرکت شاره ([[سیال]])
* 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]]''' یا '''هازش 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|هم‌رفت]]''' به انتقال انرژی به دلیل جابه‌جایی [[شاره]] (مایع یا گاز) گفته‌می‌شود. جریان شاره ممکن است با فرایندهای بیرونی به صورت اجباری ایجاد شود یا گاهی زمان‌ها (در میدان‌های گرانشی) توسط نیروهای رانشی هنگامی‌که انرژی گرمایی شاره را [[منبسط]] می‌کند (به عنوان مثال در یک ستون آتش) ایجاد شوند و در نتیجه باعث انتقال خودبه‌خود می‌شوند. فرایند دوم گاهی وقت‌ها هم‌رفت طبیعی (آزاد) نامیده می‌شود. همه فرایندهای هم‌رفتی گرما را تا حدودی به وسیله نفوذ منتقل می‌کنند.
 
نوع دیگری از هم‌رفت، هم‌رفت اجباری (نیرویی) است. در این مورد سیال با استفاده از [[پمپ]]، [[توربین]] یا وسایل مکانیکی دیگر برای جریان یافتن تحت اجبار قرار می‌گیرد.
این روش انتقال گرما ویژه سیالات است و در جامدات کاربردی ندارد؛ و بر خلاف روش رسانش، ماده برای انتقال گرما جابه‌جا می‌شود.
همواره عامل اصلی انتقال گرما 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.
سطر ۳۱ ⟵ ۳۳:
 
== انواع روش‌های انتقال حرارت ==
# رسانش (conductionConduction)
# هم‌رفت (convectionConvection)
# تشعشع (radiationRadiation)
 
=== رسانش یا هدایت ===
در انتقال گرما به روش هدایت ابتدا قسمتی از ماده گرم می‌شود، ملکول‌هایمولکول‌های آن قسمت جنبش بیشتری پیدا می‌کنند سپس به ملکول‌هایمولکول‌های 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 سریعترسریع‌تر منتقل می‌کنند، در مایعات میزان رسانایی از جامدات کمتر است و در گازها که فاصلهفاصلۀ ملکول‌هامولکول‌ها از همه بیشتر است میزان رسانایی از همه کمتر است.
 
[[ژوزف فوریه|فوریه]] ثابت کرد که در یک جهت خاص (مثلاً x) شار هدایتی (نسبت گرما به سطح) متناسب است با تغییرات دما در آن راستا :
رابطه تجربی رسانش به‌صورت زیر است:
 
<math>{\operatorname{q_x}\!\over\operatorname{A}\!}=-k{\partial T\over\partial x}</math>
q=-kA (dT/dX)
 
که در انآن K [[ضریب انتقال حرارت|ضریب هدایتی گرمایی]] (می‌تواند ثابت یا متغیر با دما باشد)
 
A مساحت سطح عمود بر جهت جریان
 
dT<math>{\partial T\over\partial x}</dXmath> گرادیان دما که در صورت خطی بودن توزیع دما برابر است با تغییرات دما نسبت به ضخامت دیواره
 
علامت منفی در رابطه به علت منفی بودن تغییرات دما (دمایدما حالتاز ثانویهجسم کمتر ازگرم (حالت اولیهاول) قانونبه جسم سرد (حالت دوم) انتقال ترمودینامیکمی‌یابد) و اینکه q باید مثبت باشد.
 
=== هم‌رفت یا جابه‌جایی یا وزش ===
در روش جابه‌جایی ملکول‌هایمولکول‌های ماده ضمن انتقال گرما 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 گرما).
# قسمت گرم پایین‌تر از قسمت سرد باشد.
 
مقدار گرمای انتقال یافته در این روش از رابطه‌ای به نام "[[قانون سرد شدن نیوتن|قانون سرمایش نیوتون]]" به دست ‌می‌آیدːˑ:
 
<math>q=hA(T_w-T_\infty)</math>
 
که در آن <math>T_w</math>دمای سطح در حال تماس با سیال، <math>T_\infty</math>دمای سیال، A مساحت سطح، و h ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی است. این ضریب برای جابه‌جایی اجباری (نیرویی) بیشتر از آزاد (طبیعی) است
 
=== تشعشع یا تابش ===