أكثر المعادن كفاءة في توصيل الحرارة

أفضل المواد من حيث توصيل الحرارة

تختلف المواد في قدرتها على توصيل الطاقةthermal، الناتجة عن عدة عوامل، أبرزها هيكلها البلوري. تعتبر الفضة من أفضل الموصلات في هذا الصدد، حيث تحتل المرتبة الأولى في الموصلية الحرارية والكهربائية، بالإضافة إلى قدرتها العالية على عكس الضوء.

آليات انتقال الحرارة

يؤدي اختلاف درجات الحرارة إلى انتقال الحرارة من المناطق ذات درجات الحرارة الأعلى إلى المناطق ذات درجات الحرارة الأقل. وتختلف آليات انتقال الحرارة باختلاف الحالة الفيزيائية للمواد؛ حيث يتم انتقال الحرارة في المواد الصلبة بطرق تختلف عن تلك المستخدمة في السوائل. وفيما يلي تفاصيل هذه الآليات:

التوصيل الحراري

تشير عملية التوصيل إلى انتقال الطاقة الحرارية بين جزيئات المواد المجاورة. يحدث هذا الانتقال نتيجة لاختلاف درجات الحرارة بين الجزيئات. يمكن التعبير عن هذه العملية رياضيًا من خلال المعادلة التالية:

• التوصيل الحراري = – ثابت الموصلية الحرارية للمادة × مساحة المقطع العرضي للمادة × الفرق في درجات الحرارة بين طرفي المادة.

تشير الإشارة السالبة في المعادلة إلى أن الحرارة تنتقل من المناطق ذات درجات الحرارة الأعلى إلى الأدنى، مما يؤدي إلى جعل القيمة النهائية موجبة. تتباين قيمة ثابت الموصلية من مادة لأخرى، مما يُظهر اختلافًا في قدرتها على توصيل الحرارة. فكلما ارتفعت قيمة الثابت، زادت كفاءة وسرعة المادة في توصيل الحرارة.

التوصيل بالحمل

تختص آلية الحمل الحراري بالسوائل والغازات. في هذه الطريقة، تؤدي الطاقة المكتسبة من جزيئات السائل إلى تسخينها، مما يتسبب في انخفاض كثافتها. نتيجة لذلك، يرتفع السائل الذي يحمل درجة حرارة مرتفعة إلى الأعلى، بينما تنزل جزيئات السائل ذات الحرارة المنخفضة لملء الفراغ، مما يتيح انتقال الحرارة بشكل دوري في جميع أجزاء السائل. مثال على ذلك هو الهواء في الغلاف الجوي، حيث يتحرك الهواء الملامس لسطح الأرض نتيجة تسخينه ليحل محله الهواء البارد.

التوصيل بالإشعاع

يختلف انتقال الحرارة بالإشعاع عن الطرق الأخرى، لأنه لا يتطلب وجود مصدر حرارة متصل مباشرة بالمادة. يتم نقل الحرارة من المصدر إلى المواد الأخرى عبر الأشعة تحت الحمراء، التي تعد نوعًا من الإشعاعات الكهرومغناطيسية. تقوم الأجسام بإصدار الطاقة عند انتقال الإلكترونات من مستويات طاقة أعلى إلى أدنى، مما يؤدي إلى انبعاث هذه الطاقة في شكل موجات كهرومغناطيسية تسير بسرعة الضوء، دون الحاجة إلى وسط مادي، كما يحدث مع الأشعة الشمسية التي تصل إلى كوكب الأرض.