خطوات الاستخدام
الخطوة الأولى: أدخل قيمة معامل التوصيل الحراري (k) للمادة. هذه القيمة تمثل قدرة المادة على نقل الحرارة، وتختلف من مادة لأخرى. على سبيل المثال، النحاس له معامل توصيل حراري عالي (حوالي 401 W/m·K)، بينما الهواء منخفض جداً (0.024 W/m·K). يتم إدخال الوحدة بوحدة W/(m·K). تأكد من استخدام القيمة الصحيحة من المصادر الموثوقة، فاختيار قيمة خاطئة يؤدي إلى نتائج غير دقيقة.
الخطوة الثانية: أدخل مساحة المقطع العرضي (A) التي تنتقل من خلالها الحرارة. تقاس بالمتر المربع (m²). هذه المساحة هي سطح التلامس بين الجسمين أو عبر المادة. على سبيل المثال، إذا كان لديك جدار مساحته 10 متر مربع، تدخل 10. تأكد من تحويل الوحدات إذا لزم الأمر (مثلاً من سم² إلى م² بقسمة 10000).
الخطوة الثالثة: أدخل الفرق في درجة الحرارة (ΔT) بين جانبي المادة. يقاس بالكلفن (K) أو درجة مئوية (درجة مئوية)، ولكن الفرق هو نفسه لأن التغير متساوٍ. هذا الفرق هو المحرك الأساسي لانتقال الحرارة؛ كلما زاد الفرق زادت كمية الحرارة المنتقلة. مثال: إذا كان الجانب الساخن 100°C والبارد 20°C، فإن ΔT = 80°C (أو 80 K).
الخطوة الرابعة: أدخل سمك المادة (d) التي تنتقل عبرها الحرارة. يقاس بالمتر (m). كلما زاد السمك قلت كمية الحرارة المنتقلة. على سبيل المثال، جدار سمكه 0.2 متر يدخل 0.2. تأكد من استخدام نفس وحدة الطول المستخدمة في معامل التوصيل (عادة المتر).
الخطوة الخامسة: انقر على زر 'احسب' لتحصل على معدل نقل الحرارة (Q) بوحدة الواط (W). تظهر النتيجة فوراً مع شرح مبسط. يمكنك تغيير أي قيمة وإعادة الحساب لدراسة تأثير المتغيرات. الحاسبة تستخدم القانون Q = k × A × ΔT ÷ d.
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على التوصيل الحراري بخطوات الحل كاملة.
الحل
أولاً، نطبق القانون: Q = k × A × ΔT ÷ d. بالتعويض: k=0.6, A=30, ΔT=15, d=0.25. إذن Q = 0.6 × 30 × 15 ÷ 0.25 = (0.6 × 30 = 18) ثم 18 × 15 = 270، ثم 270 ÷ 0.25 = 1080 واط. هذا هو معدل فقدان الحرارة في الثانية. لحساب الطاقة المفقودة خلال ساعة (3600 ثانية)، نضرب Q في الزمن: الطاقة = 1080 × 3600 = 3,888,000 جول (أو 3.888 ميجاجول). يوضح هذا المثال أهمية العزل الحراري: لو استخدمنا عازلاً مثل الصوف الصخري (k=0.04)، لكان الفقد أقل بكثير.
الحل
نستخدم القانون: Q = 237 × 0.1 × 50 ÷ 0.005 = (237 × 0.1 = 23.7) ثم 23.7 × 50 = 1185، ثم 1185 ÷ 0.005 = 237,000 واط (أو 237 كيلوواط). هذا معدل مرتفع جداً بسبب الموصلية العالية للألومنيوم. خلال 10 دقائق (600 ثانية)، الطاقة = 237,000 × 600 = 142,200,000 جول (142.2 ميجاجول). لاحظ أن الألومنيوم يستخدم في المشتتات الحرارية لأنه ينقل الحرارة بسرعة. لكن في التطبيقات العملية، يجب مراعاة أن السطح قد لا يكون مثالياً، وأن هناك مقاومة حرارية عند الوصلات.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة التوصيل الحراري.
قيم مُدخَلة قياسية
- k
- 0.5
- A
- 1
- فرق درجة الحرارة (ΔT)
- 10
- d
- 0.1
قيم مُدخَلة مرتفعة
- k
- 0.85
- A
- 1.7
- فرق درجة الحرارة (ΔT)
- 40
- d
- 0.17
قيم مُدخَلة منخفضة
- k
- 0.1
- A
- 0.2
- فرق درجة الحرارة (ΔT)
- 5
- d
- 0.02