الانتشار الحراري

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

في الديناميكا الحرارية ، تُعرَّف الانتشارية الحرارية بأنها الموصلية الحرارية مقسومة على الكثافة والسعة الحرارية النوعية عند ضغط ثابت. [ 1 ] وهي مقياس لمعدل انتقال الحرارة داخل المادة، ووحدتها في النظام الدولي للوحدات هي م² / ث. وهي خاصية مكثفة . يُرمز للانتشارية الحرارية عادةً بالحرف الصغير ألفا ( α )، ولكن يمكن استخدام الرموز الأخرى مثل a ، h ، κ ( كابا )، [ 2 ] K ، [ 3 ] D.دتي{\displaystyle D_{T}}تُستخدم أيضًا.

الصيغة هي [ 4 ]α=كρجص،{\displaystyle \alpha ={\frac {k}{\rho c_{p}}},} أين

k هي الموصلية الحرارية (واط/(متر·كلفن))،
c p هي السعة الحرارية النوعية (جول/(كجم·كلفن))،
ρ هي الكثافة (كجم/م 3 ).

معًا، يمكن اعتبار ρc p بمثابة السعة الحرارية الحجمية (جول/(م 3 ·ك)).

الانتشار الحراري هو معامل موجب في معادلة الحرارة : [ 5 ]∂تي∂ت=α∇2تي.{\displaystyle {\frac {\partial T}{\partial t}}=\alpha \nabla ^{2}T.}

إحدى طرق فهم الانتشارية الحرارية هي اعتبارها نسبة المشتق الزمني لدرجة الحرارة إلى انحنائها ، مما يحدد معدل "تنعيم" تقوس درجة الحرارة. في مادة ذات انتشارية حرارية عالية، تنتقل الحرارة بسرعة عبرها لأن المادة توصل الحرارة بسرعة مقارنةً بقدرتها على تخزين الطاقة أو "حجمها الحراري".

الانتشارية الحرارية والتدفق الحراري مفهومان وكميتان مترابطتان تُستخدمان لمحاكاة الديناميكا الحرارية غير المتوازنة . الانتشارية هي المفهوم الأساسي، وتصف العملية العشوائية لانتشار الحرارة في حجم موضعي من المادة. أما التدفق الحراري، فيصف العملية العابرة المقابلة لتدفق الحرارة عبر منطقة موضعية محددة . عند الوصول إلى حالة الاستقرار ، حيث يستقر توزيع الطاقة المخزنة، قد تكون الموصلية الحرارية ( k ) كافية لوصف انتقال الحرارة داخل الأجسام الصلبة أو الجامدة بتطبيق قانون فورييه . [ 6 ] [ 7 ]

غالبًا ما تُقاس الموصلية الحرارية بطريقة الوميض . [ 8 ] [ 9 ] تتضمن هذه الطريقة تسخين عينة شريطية أو أسطوانية بنبضة طاقة قصيرة من أحد طرفيها، ثم تحليل تغير درجة الحرارة (انخفاض سعة النبضة وانزياح طورها) على مسافة قصيرة. [ 10 ] [ 11 ]

الانتشار الحراري لمواد ومواد مختارة

الانتشار الحراري لمواد ومواد مختارة [ 12 ]
مادةالانتشار الحراري (مم² / ثانية)المراجع.
الجرافيت الناتج عن التحلل الحراري ، موازٍ للطبقات1220
الماس1060–1160
مركب الكربون/الكربون عند 25  درجة مئوية216.5[ 13 ]
الهيليوم (300 كلفن، 1 ضغط جوي)190[ 14 ]
فضة نقية (99.9%)165.63
الهيدروجين (300 كلفن، 1 ضغط جوي)160[ 14 ]
ذهب127[ 15 ]
النحاس عند  درجة حرارة 25 درجة مئوية111[ 13 ]
الألومنيوم97[ 15 ]
السيليكون88[ 15 ]
Al-10Si-Mn-Mg (Silafont 36) عند 20  درجة مئوية74.2[ 16 ]
سبيكة الألومنيوم 6061-T664[ 15 ]
الموليبدينوم (99.95%) عند درجة حرارة 25  درجة مئوية54.3[ 17 ]
Al-5Mg-2Si-Mn (Magsimal-59) عند 20  درجة مئوية44.0[ 18 ]
القصدير40[ 15 ]
بخار الماء (1 ضغط جوي، 400 كلفن)23.38
حديد23[ 15 ]
الأرجون (300 كلفن، 1 ضغط جوي)22[ 14 ]
النيتروجين (300 كلفن، 1 ضغط جوي)22[ 14 ]
هواء (300 كلفن)19[ 15 ]
الفولاذ ، AISI 1010 (0.1% كربون)18.8[ 19 ]
أكسيد الألومنيوم (متعدد البلورات)12.0
فولاذ ، 1% كربون11.72
التيتانيوم9.3
Si3N4 مع أنابيب الكربون النانوية 26 درجة مئوية 9.142[ 20 ]
Si3N4 بدون أنابيب الكربون النانوية 26 درجة مئوية 8.605[ 20 ]
الفولاذ المقاوم للصدأ 304A عند درجة حرارة 27  درجة مئوية4.2[ 15 ]
جرافيت بيروليتي، عمودي على الطبقات3.6
الفولاذ المقاوم للصدأ 310 عند درجة حرارة 25  درجة مئوية3.352[ 21 ]
إنكونيل 600 عند درجة حرارة 25  درجة مئوية3.428[ 22 ]
كوارتز1.4[ 15 ]
الحجر الرملي1.15
الجليد عند  درجة حرارة 0 مئوية1.02
ثاني أكسيد السيليكون (متعدد البلورات)0.83[ 15 ]
الطوب، شائع0.52
زجاج، نافذة0.34
الطوب، اللبن0.27
البولي كربونات عند درجة حرارة 25  درجة مئوية0.144[ 23 ]
ماء عند  درجة حرارة 25 درجة مئوية0.143[ 23 ]
مادة PTFE (بولي تترافلوروإيثيلين) عند درجة حرارة 25  درجة مئوية0.124[ 24 ]
البولي بروبيلين ( PP ) عند درجة حرارة 25  درجة مئوية0.096[ 23 ]
نايلون0.09
ممحاة0.089–0.13[ 3 ]
خشب (صنوبر أصفر)0.082
البارافين عند  درجة حرارة 25 درجة مئوية0.081[ 23 ]
PVC (كلوريد البولي فينيل)0.08[ 15 ]
زيت المحرك (سائل مشبع، 100  درجة مئوية)0.0738
الكحول0.07[ 15 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ليد، ديفيد ر.، محرر. (2009). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء (  الطبعة التسعون). بوكا راتون، فلوريدا : مطبعة سي آر سي . ص  2-65. ISBN 978-1-4200-9084-0.
  2. ^ هتنارسكي، ريتشارد ب. إسلامي، م. رضا (2009). الضغوط الحرارية – النظرية والتطبيقات المتقدمة (Online-Ausg. ed.). دوردريخت: سبرينغر هولندا. ص. 170. دوى : 10.1007/978-3-030-10436-8 . رقم ISBN   978-1-4020-9247-3.
  3. 1 2 أونسورث، ج.؛ دوارتي، فروم. ج. (1979). "انتشار الحرارة في كرة صلبة ونظرية فورييه". المجلة الأمريكية للفيزياء 47 ( 11): 891-893 . Bibcode : 1979AmJPh..47..981U . doi : 10.1119/1.11601 .
  4. ↑ بيرد، ر. بايرون؛ ستيوارت، وارن إي.؛ لايتفوت، إدوين ن. (1960). ظواهر النقل . جون وايلي وأولاده، معادلات 8.1-7. ISBN 978-0-471-07392-5.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  5. ↑ كارزلو، إتش إس ؛ جاغر، جيه سي (1959). توصيل الحرارة في المواد الصلبة (الطبعة الثانية ). مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN  978-0-19-853368-9.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  6. ↑ دانتي، روبرتو سي. (2016). دليل مواد الاحتكاك وتطبيقاتها . إلسيفير. ص 123-134 . doi : 10.1016/B978-0-08-100619-1.00009-2 . 
  7. ↑ فينكانّا، بي كي (2010). أساسيات انتقال الحرارة والكتلة . نيودلهي: دار نشر بي إتش آي ليرنينج. ص 38. ISBN  978-81-203-4031-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 ديسمبر 2011 .
  8. ^ “NETZSCH-Gerätebau، ألمانيا” . مؤرشف من الأصل بتاريخ 11-03-2012 . تم الاسترجاع 2012/03/12 .
  9. ↑ دبليو جيه باركر؛ آر جيه جينكينز؛ سي بي بتلر؛ جي إل أبوت (1961). "طريقة تحديد الانتشارية الحرارية والسعة الحرارية والتوصيل الحراري". مجلة الفيزياء التطبيقية . 32 (9): 1679. Bibcode : 1961JAP....32.1679P . doi : 10.1063/1.1728417 .
  10. ↑ ج. بلوم؛ ج. أوبفرمان (2002). "تحسين النمذجة الرياضية لقياسات الوميض" . درجات الحرارة العالية - الضغوط العالية . 34 (5): 515. doi : 10.1068/htjr061 .
  11. ↑ ثيرميتوس، م. أ. (أكتوبر 2010). "تصحيح جديد لحجم الحزمة لقياس الانتشارية الحرارية باستخدام طريقة الوميض" . في: غال، دانييلا س.؛ غال، بيتر س. (محرران). الموصلية الحرارية 30/التمدد الحراري 18. المؤتمر الدولي الثلاثون للموصلية الحرارية/الندوة الدولية الثامنة عشرة للتمدد الحراري . لانكستر، بنسلفانيا: منشورات ديستيك. ص 217. ISBN  978-1-60595-015-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 ديسمبر 2011 .
  12. ↑ براون؛ ماركو (1958). مقدمة في انتقال الحرارة ( الطبعة الثالثة). ماكجرو هيل.  وإيكرت ؛ دريك (1959). انتقال الحرارة والكتلة . ماكجرو هيل. ISBN 978-0-89116-553-8.{{cite book}}رقم ISBN / تاريخ عدم التوافق ( مساعدة ) مذكور في هولمان، جيه بي (2002). انتقال الحرارة ( الطبعة التاسعة). ماكجرو هيل. رقم ISBN  978-0-07-029639-8.
  13. 1 2 V. Casalegno; P. Vavassori; M. Valle; M. Ferraris; M. Salvo; G. Pintsuk (2010). "قياس الخصائص الحرارية لوصلة سيراميك/معدن باستخدام طريقة الوميض الليزري". مجلة المواد النووية . 407 (2): 83. Bibcode : 2010JNuM..407...83C . doi : 10.1016/j.jnucmat.2010.09.032 .
  14. 1 2 3 4 ليد، ديفيد ر.، محرر. (1992). دليل مركز السيطرة على الأمراض للكيمياء والفيزياء ( الطبعة 71). بوسطن: شركة نشر المطاط الكيميائي. مذكور في: بايرلين ، رالف (1999). الفيزياء الحرارية . كامبريدج، المملكة المتحدة: مطبعة جامعة كامبريدج. ص 372. ISBN  978-0-521-59082-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 ديسمبر 2011 .
  15. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 جيم ويلسون (أغسطس 2007). "بيانات المواد" . تبريد الإلكترونيات .
  16. ↑ ب. هوفر؛ إ. كاشنيتز (2011). "الانتشارية الحرارية لسبائك الألومنيوم Al-10Si-Mn-Mg (سيلافونت 36) في حالتي الصلابة والسيولة" . درجات الحرارة العالية - الضغوط العالية . 40 ( 3-4 ): 311.
  17. ↑ أ. ليندمان؛ ج. بلوم (2009). قياس الخصائص الفيزيائية الحرارية للموليبدينوم النقي . ندوة بلانسي السابعة عشرة . المجلد 3. 
  18. ↑ إي. كاشنيتز؛ إم. كوبلبوك (2008). "الانتشارية الحرارية لسبائك الألومنيوم Al-5Mg-2Si-Mn (Magsimal-59) في حالتي الصلابة والسيولة" . درجات الحرارة العالية - الضغوط العالية . 37 (3): 221.
  19. ^ لينهارد، جون هـ. لينهارد، جون هـ. (2019). كتاب نقل الحرارة (الطبعة الخامسة ). حانة دوفر. ص. 715.  {{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  20. 1 2 O. Koszor؛ A. Lindemann؛ F. Davin؛ C. Balázsi (2009). "ملاحظة الخصائص الحرارية والفيزيائية والاحتكاكية لـ Si3N4 المدعم بأنابيب الكربون النانوية " . مواد هندسية رئيسية . 409 : 354. doi : 10.4028/www.scientific.net/KEM.409.354 . S2CID 136957396 . 
  21. ↑ ج. بلوم؛ أ. ليندمان؛ ب. نيدريج؛ ر. كامبل (2007). "قياس بعض الخصائص الفيزيائية الحرارية لمادة الفولاذ المقاوم للصدأ 310، وهي مادة مرجعية معتمدة من المختبر الفيزيائي الوطني". المجلة الدولية للديناميكا الحرارية . 28 (2): 674. Bibcode : 2007IJT....28..674B . doi : 10.1007/s10765-007-0177-z . S2CID 120628607 . 
  22. ↑ ج. بلوم؛ أ. ليندمان؛ ب. نيدريج (2003-2007). "قياس الخصائص الفيزيائية الحرارية لمعيار التوصيل الحراري إنكونيل 600 التابع للمختبر الفيزيائي الوطني" . درجات الحرارة العالية - الضغوط العالية . 35/36 (6): 621. doi : 10.1068/htjr145 .
  23. ١ ٢ ٣ ٤ ج. بلوم؛ أ. ليندمان (٢٠٠٣-٢٠٠٧). "توصيف الخصائص الفيزيائية الحرارية للبوليمرات والسوائل المنصهرة باستخدام تقنية الوميض" (ملف PDF) . درجات الحرارة العالية - الضغوط العالية . ٣٥/٣٦ (٦): ٦٢٧. doi : 10.1068/htjr144 .
  24. ↑ ج. بلوم؛ أ. ليندمان؛ م. ماير؛ س. ستراسر (2011). "توصيف مادة PTFE باستخدام تقنية التحليل الحراري المتقدمة". المجلة الدولية للديناميكا الحرارية . 40 ( 3-4 ): 311. Bibcode : 2010IJT....31.1919B . doi : 10.1007/s10765-008-0512-z . S2CID 122020437 .