تعريف التوصيلية الحرارية

الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع علم الفيزياء الذي يصف العلاقة بين الحرارة وغيرها من أشكال الطاقة الأخرى، وعلى وجه الخصوص تصف الديناميكا الحرارية كيف يتم تحويل الطاقة الحرارية من وإلى أشكال الطاقة الأخرى وكيف يؤثر ذلك على المادة، والطاقة الحرارية هي الطاقة التي تكتسبها المادة أو النظام نتيجة لدرجة حرارتها، ووفقًا لموقع الويب الخاص بتعليم الطاقة التابع لوكالة التعليم في تكساس تتضمن الديناميكا الحرارية قياس كل ما يتعلق بحسابات الطاقة الحرارية والتي يمكن أن تكون عملية حسابها معقدة للغاية في بعض الأحيان، ويستعرض هذا المقال تعريف التوصيلية الحرارية التي تعد أحد أهم المفاهيم في علم الديناميكا الحرارية.[١]
تعريف التوصيلية الحرارية
يتم تعريف التوصيلية الحرارية على أنها مقياس لقدرة المادة على نقل الحرارة، فعلى فرض وجود سطحين متلامسين لمادتين مختلفتين في درجة حرارتهما فإن التوصيلية الحرارية هي الطاقة الحرارية المنقولة لكل وحدة زمنية ولكل وحدة مساحة مقسومًا على فرق درجة الحرارة بين المادتين، ويتم قياس التوصيلية الحرارية بوحدة واط لكل درجة كلفن، كما تشير التوصيلية الحرارية إلى سرعة انتقال الحرارة خلال المادة ويحدث انتقال الحرارة بمعدل أعلى عبر المواد ذات التوصيلية الحرارية العالية، وتستخدم المواد ذات التوصيلية الحرارية العالية على نطاق واسع في المشتتات الحرارية، بينما تستخدم المواد ذات التوصيلية الحرارية المنخفضة كعوازل حرارية، وبالنسبة للمواد المعدنية ترتبط التوصيلية الكهربائية والحرارية للمواد بعلاقة طردية أي أن المواد ذات التوصيلية الكهربائية العالية والمقاومة الكهربائية المنخفضة تكون موصليتها الحرارية عالية أيضًا.[٢]
العوامل المؤثرة في التوصيلية الحرارية
بعد تعريف التوصيلية الحرارية لا بد من التعرف على العوامل المؤثرة عليها، بحيث تصف التوصيلية الحرارية عملية تدفق الطاقة من درجة الحرارة الأعلى إلى درجة الحرارة الأقل، وهو يختلف عن التوصيل الكهربائي الذي يتعامل مع التيارات الكهربائية وهناك عدة عوامل تؤثر على التوصيلية الحرارية ومعدل نقل الحرارة وتلخص النقاط الآتية أهم هذه العوامل:[٣]
أنواع المواد: يمكن أن يؤثر نوع المواد المستخدمة في التوصيل الحراري على معدل تدفق الطاقة بين المنطقتين، فكلما زاد توصيل المادة زادت سرعة تدفق الطاقة الحرارية خلالها ومن المواد العالية التوصيل للطاقة الحرارية الماس والفضة والنحاس والذهب.
أطوال المواد: يمكن أن يؤثر طول المادة التي يجب أن تمر بها الطاقة الحرارية على المعدل الذي تتدفق به، فكلما قل طول المادة كلما تدفقت فيها الطاقة الحرارية بشكل أسرع.
الفرق في درجة الحرارة: تعتبر درجة الحرارة من العوامل المهمة في عملية التوصيل الحراري فكلما زاد الفرق في درجة الحرارة بين مادتين كلما كان معدل تدفق الحرارة بينهما أكبر.
شكل المقطع العرضي: شكل المقطع العرضي يمكن أن يؤثر أيضا على التوصيلية الحرارية ووجدت الابحاث أن عامل الانتشار الحراري للمركبات المقواة بألياف الكربون التي يكون مقطعها العرضي على شكل C أظهر قيمًا أعلى بمقدار مرتين تقريبًا من قيم ألياف الكربون التي يكون شكل مقطعها العرضي دائريًا.