إذا استخدمت بطريقة معينة ، يمكن أن يكون المعدن بمثابة درع حرارى جيد. في نفس الوقت إذا تم استخدام المعدن بطريقة مختلفة ، يمكن أن يعمل كمصدر حرارى جيد ، وهو عكس الدرع الحراري.
هناك ثلاث طرق يمكن نقل الحرارة من مكان إلى آخر: من خلال الإشعاع ، من خلال التوصيل ، ومن خلال الحمل الحراري.
يتكون الإشعاع الحراري من الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة من الأجسام بسبب درجة حرارتها. الإشعاع الحراري يحمل الطاقة ، وبالتالي ينقل الحرارة. وبما أن الإشعاع الحراري هو شكل من أشكال الضوء ، فإنه يطلق النار في خطوط مستقيمة ، ويسافر بسهولة عبر الفضاء الحر ، ويتم حظره بسهولة بواسطة المواد. الدفء الذي تشعر به عند الجلوس بالقرب من النار هو بسبب الإشعاع الحراري الذي ينطلق من النار. التوصيل هو نقل الحرارة بين جسمين عن طريق الاتصال المباشر. الدفء الذي تشعر به عند الامساك بكوب من الكاكاو الساخن هو بسبب التوصيل. الحمل الحراري هو انتقال الحرارة من خلال حركة السوائل الكبيرة.
الخاصية الرئيسية التي تميز المعدن هي وجود عدد كبير من الإلكترونات التي تتمتع بحرية الحركة. هذه الخاصية تقود المعادن لتكون الموصلات الكهربائية الجيدة ، وهذا هو السبب في وجود الكثير من المعادن في الدوائر الكهربائية. هذه الخاصية أيضا يعطي المعادن بعض الخصائص الحرارية المثيرة للاهتمام. بما أن إلكترونات التوصيل في المعادن تكون حرة في التحرك ، فإنها قادرة على الاستجابة بسرعة وسهولة للحقول الكهرومغناطيسية الملوّحة الموجودة في الإشعاع الحراري. هذه الاستجابة القوية تؤدي إلى انعكاس قوي للإشعاع الحراري. يشبه إلى حد ما كيف أن لاعب كرة قدم رشيق ودون عوائق قادر على إعادة الكرات بسرعة وبشكل فعال إلى الحزام. لهذا السبب ، تعتبر المعادن دروعًا ممتازة للإشعاع الحراري. إذا كانت الطريقة الرئيسية لنقل الحرارة في نظام معين هي من خلال الإشعاع الحراري ، فإن المعادن تكون دروعًا للحرارة ممتازة. لاحظ أن المعدن سيعكس فقط معظم الإشعاع الحراري إذا كان المعدن سميكًا بما فيه الكفاية ؛ في ترتيب سمك مليمتر أو أكثر. إذا كان المعدن رقيقًا جدًا ، يمكن للإشعاع الحراري أن يتسرب عبر المعدن في عملية تسمى نفق الموجة.
كما أن الإلكترونات الحرة في الفلزات تجعل الموصلات الحرارية جيدة للمعادن. تستطيع الإلكترونات أن تمتص الطاقة في بقعة واحدة ثم تنتقل بحرية إلى بقعة أخرى تحمل الطاقة الحرارية معها. لذلك ، إذا كان المعدن في اتصال مباشر مع جسم ساخن ، فسوف يحمل الحرارة بسرعة بعيدا عن الجسم. إذا كانت الطريقة الرئيسية لنقل الحرارة في نظام معين هي من خلال التوصيل ، وإذا كان المعدن على اتصال مع الجسم الساخن ، فإن المعدن هو عبارة عن درع حرارة ضعيف.
لقد نظرنا بالفعل في الإشعاع الحراري والتوصيل الحراري. في كلتا الحالتين ، تلعب الإلكترونات الحرة في المعادن دورًا مهمًا. لآلية النقل الحراري الأخيرة ، الحمل الحراري ، لا تلعب الإلكترونات الحرة دورًا. يتطلب الحمل الحراري مادة سائلة يمكنها التحرك. عادة ، تكون المعادن صلبة ، وليست سائلة ، وبالتالي لا تشارك في الحمل. علاوة على ذلك ، حتى لو كان الهواء أو الماء يعمل كمائع يسمح للحمل الحراري ، يمكن لقطع معدنية صلبة كبيرة أن تمنع الهواء أو الماء وتوقفه عن التحرك. إذا كانت الطريقة الرئيسية لنقل الحرارة في نظام معين هي من خلال الحمل الحراري الحراري ، فإن قطعة كبيرة من المعدن يمكن أن تكون درعا حرارة ممتازة. إذا كان المعدن يحتوي على العديد من الثقوب أو القنوات التي تسمح بمرور السوائل ، فإنه سيكون درعًا حراريًا ضعيفًا من حيث الحمل.
في الواقع ، جميع آليات النقل الحراري الثلاثة موجودة عادة. وهذا يعني أن المعدن يمكن أن يكون إما درعًا حراريًا جيدًا ، أو درعًا متواضع الحرارة ، أو درعًا حراريًا سيئًا ، اعتمادًا على كيفية استخدامه.
بناء على المناقشة أعلاه ، يمكننا الآن تحديد كيفية جعل المعدن في درع الحرارة جيدة. يجب أن نستخدم ورقة كبيرة من المعدن لا تحتوي على أي ثقوب أو قنوات. عن طريق وضع هذه الصفائح المعدنية حول مصدر الحرارة ، سوف يعكس ذلك الإشعاع الحراري الناتج عن مصدر الحرارة ويحجب الكثير من الحمل الحراري الحراري. في نفس الوقت ، بما أن المعادن هي موصلات حرارية جيدة ، يجب أن نكون حذرين من أن المعدن لا يتلامس مباشرة مع مصدر الحرارة. يجب أن يكون هناك فجوة هوائية بين المعدن ومصدر الحرارة. هذا هو لمنع المعدن من نقل الحرارة بعيدا عن المصدر عبر التوصيل. إذا تم اتخاذ جميع هذه الخطوات ، سيتم حظر جميع وسائط النقل الحراري الثلاثة ، وسوف يعمل المعدن كدرع حراري ممتاز.
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك أنك قد قمت بطهي ديك رومي وتريد أن تبقيه دافئًا. بإحاطة الديك الرومي بغطاء حراري ، يمكنك منع الحرارة من الهروب وإيقاف الديك الرومي من البرودة. أفضل طريقة للقيام بذلك هي الحصول على ورقة صلبة من رقائق الألومنيوم وتغليفها حول الديك الرومي ، مع الحرص على التأكد من وجود فجوة صغيرة بين الهواء والرومي. وتعكس هذه الرقعة الإشعاع الحراري مرة أخرى في الديك الرومى ، وسوف تمنع تيارات التحويل الحرارى ، وسوف تضمن الفجوة الهوائية أن المعدن لا يسخن حراريًا.
على النقيض من ذلك ، يمكننا أيضًا بناء فلز ليصبح درعًا حراريًا ضعيفًا ، أو بمعنى آخر عبارة عن بالوعة حرارية جيدة. بادئ ذي بدء ، ينبغي أن نضع العديد من الثقوب أو القنوات في المعدن للسماح لتيارات الحمل بالمرور. إن تشكيل المعدن للحصول على العديد من الزعانف ، المسامير ، الثقوب والقنوات يعزز الحمل الحراري ، كما أنه يزيد من المساحة السطحية التي يمكن للمعادن من خلالها نقل الحرارة إلى الهواء. ثانياً ، يجب أن نضع المعدن في اتصال مباشر مع مصدر الحرارة ، حتى نتمكن من الاستفادة من الموصلية الحرارية العالية للمعادن. وأخيرًا ، يجب أن نجعل المعدن نحيفًا جدًا بحيث يتسرب الإشعاع الحراري عبره. ومع ذلك ، فالمعدن الرقيق جدًا يكون عادةً ضعيفًا جدًا بحيث لا يستطيع حمل شكله ، لذلك يتم في الغالب تخطي هذه الخطوة الأخيرة. عندما يتم تطبيق هذه الطرق ، سوف يعمل المعدن مثل بالوعة الحرارة جيدة جدا ودرع الحرارة ضعيف جدا.
على سبيل المثال ، ضع في الاعتبار وحدة المعالجة المركزية لجهاز الكمبيوتر. يمرر مثل هذا الكم الهائل من الكهرباء عبر الرقائق الرئيسية لجهاز كمبيوتر تسخن بسرعة. إذا لم يتم نقل الحرارة بكفاءة بعيدا عن رقائق الكمبيوتر ، فإنها سوف تحترق. لهذا السبب ، عادةً ما يتم إرفاق المشتت الحراري بالرقائق الرئيسية. وعادةً ما تكون وحدة امتصاص الحرارة عبارة عن قطعة معدنية على شكلها بحيث تحتوي على الكثير من الزعانف والقنوات ، ويتم وضعها بشكل مباشر مع رقاقات الكمبيوتر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم وضع مروحة عادة في الأعلى لضمان أن الهواء ينفخ باستمرار من خلال المعدن ، مما يزيد من تأثير الحمل.
باختصار ، بسبب الخصائص الفريدة للمعادن ، يمكن أن يكون درعًا حراريًا ممتازًا (مثل عندما تكون رقائق الألومنيوم ملفوفة حول الطعام الدافئ) أو حوض حراري ممتاز (مثل عندما تعلق زعانف المعادن بشرائح الكمبيوتر).
0 responses on "هل المعدن درع حرارى جيد؟"