8 أمثلة على انتقال الحرارة بالتوصيل
1. اشرح المعنى باستخدام الأمثلة انتقال الحرارة بالتوصيل ?
مناقشة
انتقال الحرارة بالتوصيل هو انتقال الحرارة الذي يحدث من خلال تصادم الذرات/الجزيئات المكونة لجسم ما. على سبيل المثال، تخيل قضيبًا حديديًا ساخنًا. يلامس أحد طرفي القضيب اللهب، بينما يُمسك الطرف الآخر. على الرغم من أن الطرف الممسوك لا يلامس اللهب، إلا أن انتقال الحرارة عبر القضيب يجعله ساخنًا. كيف تنتقل الحرارة من أحد طرفي القضيب الحديدي إلى الطرف الآخر؟
يستقبل طرف المكواة الساخن حرارة إضافية. كالور الطاقة هي الطاقة التي تنتقل بشكل طبيعي من الأجسام ذات درجة الحرارة العالية إلى الأجسام ذات درجة الحرارة المنخفضة. تتسبب الطاقة المكتسبة في اهتزاز الذرات/الجزيئات المكونة للحديد بشكل أكبر عن موضع اتزانها. ومع ازدياد اهتزازها، تصطدم الذرات/الجزيئات بالذرات/الجزيئات المجاورة، مما يؤدي إلى اهتزازها بشكل أكبر واكتسابها طاقة أكبر. تستمر هذه العملية حتى تصل الحرارة إلى طرف قطعة الحديد التي يتم مسكها.
2. هل من الممكن أن يحدث انتقال الحرارة بالتوصيل بين ذرات/جزيئات سائل؟
مناقشة
لنأخذ المثال التالي. عند تسخين قضيب حديدي، تنتقل الحرارة من ذرة/جزيء حديد إلى آخر، لذا يمكن القول إن انتقال الحرارة بالتوصيل يحدث بين ذرات/جزيئات المادة الصلبة. أما انتقال الحرارة بالتوصيل فلا يحدث بين ذرات/جزيئات السائل، لأن انتقال الحرارة يحدث بين ذرات/جزيئات السائل، وبالمثل، بين ذرات/جزيئات الغاز، يحدث انتقال الحرارة بالحمل الحراري.
3. الموصلية الحرارية تبلغ الموصلية الحرارية للطوب 0,84 جول/مللي ثانية درجة مئوية، بينما تبلغ الموصلية الحرارية للصوف 0,040 جول/مللي ثانية درجة مئوية.oأيهما موصل أفضل للحرارة، الطوب أم الصوف؟
مناقشة
الأجسام ذات الموصلية الحرارية العالية هي موصلات جيدة للحرارة (موصلات حرارية جيدة)، بينما الأجسام ذات الموصلية الحرارية المنخفضة هي موصلات رديئة للحرارة (موصلات حرارية رديئة).
بناءً على السؤال، فإن الموصلية الحرارية للطوب أكبر من الموصلية الحرارية للصوف، لذا فإن الطوب موصل أفضل للحرارة من الصوف.
4. قضيب فولاذي أسطواني صلب طوله متر واحد ومساحة مقطعه العرضي 0,2 متر مربع. الموصلية الحرارية للفولاذ 40 جول/متر.ثانية درجة مئويةoإذا كان فرق درجة الحرارة بين طرفي الفولاذ 10oج، حدد معدل انتقال الحرارة بالتوصيل في قضيب الصلب!
مناقشة
من المعروف أن:
طول الفولاذ (ل) = 1 متر
مساحة المقطع العرضي للفولاذ (A) = 0,2 متر مربع2
الموصلية الحرارية للفولاذ (k) = 40 جول/مللي ثانية درجة مئويةo
فرق درجة الحرارة بين طرفي الفولاذ (ΔT) = 10oC
سأل: معدل انتقال الحرارة بالتوصيل (Q/t)
الجواب:
صيغة معدل انتقال الحرارة بالتوصيل:
Q/t = k A ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = 80 جول/ثانية
٥. المعدنان A وB لهما نفس الطول ومساحة المقطع العرضي. معامل التوصيل الحراري للمعدن A يساوي سدس معامل التوصيل الحراري للمعدن B. تم تسخين كلا المعدنين من أحد طرفيهما، وتعرضا لنفس التغير في درجة الحرارة. لذلك، فإن نسبة معدلات انتقال الحرارة بين المعدن A والمعدن B هي...
أ. 6 : 1
ب. 1 : 6
ج. 1: 5
د. 2: 1
هـ. 4: 1
مناقشة :
Dيعرف :
kA = 1/6 كيلوB = 1 / 6
kB = 6 / 6 = 1
سأل :
مقارنة معدل انتقال الحرارة عبر المعدن أ والمعدن ب؟
جواب :
صيغة معدل انتقال الحرارة بالتوصيل :
الوصف: Q/t = معدل انتقال الحرارة، k = الموصلية الحرارية، A = مساحة المقطع العرضي، T1 = درجة حرارة عالية، T2 = درجة حرارة منخفضة، ل = طول الجسم.
طول ومساحة المقطع العرضي للمعدنين متساويان، لذا يُحذف كل من l و A من المعادلة. التغير في درجة حرارة كلا المعدنين متساوٍ، لذا (T1 - تي2) يتم استبعادها من المعادلة.
kA :كB
1/6 : 6/6
1: 6
الإجابة الصحيحة هي ب.
6. جسمان صلبان P و Q لهما نفس الحجم ولكن من نوعين مختلفين متصلان كما هو موضح في الشكل أدناه. إذا كان معامل التوصيل الحراري لـ P يساوي ثلاثة أضعاف معامل التوصيل الحراري لـ Q، فإن درجة الحرارة عند الحد الفاصل بين P و Q هي...
و60 oC
B. 50 oC
جيم 40 oC
D. 20 oC
E. 10 oC
مناقشة :
معروف :
TP = 0 oC
TQ = 80 oC
kP = 3 كيلوQ = 3
kQ = 1
سأل :
درجة الحرارة عند مستوى الحدود P و Q؟
الجواب:
حجم الجسمين متساوٍ، لذا يتم استبعاد A و l من المعادلة.
الإجابة الصحيحة هي د.
7. كمية الحرارة المتدفقة في الثانية الواحدة عبر مادة معدنية:
(1) يتناسب عكسياً مع فرق درجة الحرارة بين الطرفين
(2) يتناسب عكسياً مع مساحة المقطع العرضي للجسم
(3) حسب نوع المادة المعدنية
(4) يتناسب عكسياً مع طول المعدن
العبارة الصحيحة لزيادة معدل انتقال الحرارة بالتوصيل هي...
مناقشة
صيغة انتقال الحرارة بالتوصيل:
كمية الحرارة المتدفقة في الثانية (Q/t)
يتناسب طرديًا مع فرق درجة الحرارة بين الطرفين (T 1 – T 2 ).
يتناسب طرديًا مع مساحة المقطع العرضي للجسم (A).
يتناسب طرديًا مع نوع المادة المعدنية (k = الموصلية الحرارية)
يتناسب عكسياً مع طول المعدن (l).
العبارات الصحيحة هي 3 و 4.
٨. المعادن P و Q و R متساوية في الحجم. موصلية هذه المعادن هي 4 كيلو أوم، و 2 كيلو أوم، و k على التوالي. تتصل المعادن الثلاثة ببعضها البعض عن طريق درجة الحرارة عند الأطراف المفتوحة كما هو موضح في الشكل التالي.
درجة الحرارة عند نقطة اتصال المعدن P مع Q (T x ) هي...
مناقشة
من المعروف:
الموصلية المعدنية P = 4k
الموصلية المعدنية Q = 2k
الموصلية المعدنية R = k
درجة حرارة منخفضة عند الطرف المعدني P (TP ) = 20 درجة مئوية
درجة حرارة عالية عند الطرف المعدني R (T R ) = 160 درجة مئوية
المطلوب: درجة الحرارة عند نقطة اتصال المعدن P مع Q (T x )
جواب:
صيغة انتقال الحرارة بالتوصيل:
المعلومات:
Q/t = معدل انتقال الحرارة، k = الموصلية الحرارية، A = مساحة المقطع العرضي، T 1 = درجة الحرارة الأولية، T 2 = درجة الحرارة النهائية، l = طول القضيب.
الطول (l) ومساحة المقطع العرضي (A) متساويان، لذلك يتم حذفهما من المعادلة.
استخدم هذه المعادلة لحساب درجة الحرارة.
لنفترض وجود قضيبين معدنيين P و Q.
لنفترض وجود قضيبين معدنيين Q و R.
للحصول على T x ، قم بحذف T y :
