الأسبوع 5 · الدرس الرابع «طرق انتقال الحرارة» (١): انتقال الحرارة والاتزان الحراري والتوصيل والموصلات والعوازل الحرارية · 3 دروس
2
التوصيل: تمرير الطاقة عبر جسم صلب
Science Prep 2 Term 1, Unit 1: pp. 30–34
الهدفأشرح التوصيل بالجسيمات، وأقول إن الجسيمات تبقى في أماكنها بينما تمر الطاقة عبر الجسم الصلب.
كلمات جديدة
التوصيل · انتقال الحرارة عبر مادة حين تصطدم الجسيمات بجاراتهاالتوصيلية الحرارية · مقدار سماح المادة بمرور الحرارة عبرهايهتز · يتحرك ذهابًا وإيابًا في حيز صغير
الشرح
تنتقل الحرارة بثلاث طرق: التوصيل والحمل والإشعاع. والتوصيل هو انتقال الحرارة عبر المواد الصلبة أساسًا. تخيل صفًا طويلًا من الأطفال ممسكين بأيدي بعضهم. إذا دُفع الطفل الأول بقوة، يمرّ الاهتزاز على طول الصف لكن الأطفال يبقون في أماكنهم. كذلك، عندما يسخن أحد طرفي قضيب معدني، تهتز جسيماته بقوة أكبر وتصطدم بجاراتها، فتهتز هذه بدورها بقوة أكبر، وتنتقل الطاقة على طول القضيب. والجسيمات لا تسافر؛ إنها تمرّر الطاقة فقط. وتختلف المواد في التوصيلية الحرارية. فالفلزات موصّلات جيدة: وفي الفلز تساعد إلكترونات حرة أيضًا على حمل الطاقة. أما الخشب والبلاستيك والصوف والهواء الساكن فموصلات رديئة، ونسميها عوازل. وتبدو ملعقة معدنية من على الرف أبرد من ملعقة خشبية مع أن كلتيهما في درجة حرارة الغرفة. فالمعدن ليس أبرد: إنه موصّل أفضل فيسحب الحرارة من يدك أسرع.
الطرف الساخن: تهتز الجسيمات بقوة أكبر→تصطدم بجاراتها→تمرّ الطاقة عبر الجسم الصلب→يسخن الطرف البارد
أمثلة محلولة
تُترك ملعقة شاي معدنية في كوب ماء دافئ من الصنبور. بعد دقائق يصير المقبض، الخارج من الماء، دافئًا. فجسيمات الأسفل تهتز بقوة أكبر وتمرّر الطاقة إلى أعلى الملعقة.
يذوب مكعب جليد على صينية معدنية أسرع من آخر على لوح خشبي في الغرفة نفسها. صف ما تراه قبل أن تفسر: فالمعدن يوصّل الحرارة من الغرفة إلى الجليد أسرع.
لماذا يدفئك المعطف؟ إنه لا يعطيك دفئًا. إنه يحبس هواءً ساكنًا، وهو موصل رديء، فتغادر حرارة جسمك ببطء.
نشاط الفصل
اختبار إحساس الملعقتين، بمساعدة أحد الكبار. خذ ملعقة معدنية وملعقة خشبية كانتا على الرف نفسه ساعة. المس بكل منهما خدك أو باطن معصمك وقل أيّهما أبرد. اقرأ درجة حرارة كل منهما بميزان حرارة رقمي إن وُجد وقارن بين القراءتين. فسّر لماذا تبدوان مختلفتين. لا تستخدم ماءً مغليًا ولا لهبًا.
تدرّب
1
في التوصيل، هل تسافر الجسيمات على طول الجسم الصلب؟
لا. تبقى في أماكنها وتمرّر الطاقة بالاهتزاز والاصطدام.