تعد حسابات الحرارة جانبًا مهمًا لفهم كيفية انتقال الحرارة داخل المواد وبين الأسطح والسوائل. تساعدنا هذه الحسابات في تحديد المعدل الذي تتحرك به الطاقة الحرارية في سيناريوهات مختلفة، وهو أمر ضروري لمجموعة واسعة من التطبيقات، من الهندسة والفيزياء إلى الحياة اليومية.
في هذه المقالة، سوف نتعمق في المفاهيم الأساسية لحسابات الحرارة، بما في ذلك مفتاح الصيغ والأمثلة العملية والإجابات على الأسئلة المتداولة.
صيغة حسابات الحرارة
معادلة انتقال الحرارة (للتوصيل):
س = (ك * أ * ΔT) / د
أين:
- Q هو معدل انتقال الحرارة (بالواط أو الجول في الثانية).
- k هي التوصيل الحراري للمادة (بالواط لكل متر لكل درجة مئوية أو W/m°C).
- A هي مساحة المقطع العرضي التي تنتقل من خلالها الحرارة (بالمتر المربع أو المتر المربع).
- Δ ت هو الفرق في درجة الحرارة عبر المادة (بالدرجات المئوية أو درجة مئوية).
- d هو سمك المادة (بالأمتار أو م).
معادلة انتقال الحرارة (للحمل الحراري):
س = ح * أ * ΔT
أين:
- Q هو معدل انتقال الحرارة (بالواط أو الجول في الثانية).
- h هو الحمل الحراري معامل انتقال الحرارة (بالواط لكل متر مربع لكل درجة مئوية أو W/m²°C).
- A هي مساحة السطح التي تنتقل من خلالها الحرارة (بالمتر المربع أو المتر المربع).
- Δ ت هو الفرق في درجة الحرارة بين السطح والسائل المحيط به (بالدرجة المئوية أو الدرجة المئوية).
تعمل هذه الصيغ كأساس لفهم وحساب انتقال الحرارة في سيناريوهات مختلفة.
الشروط العامة والتحويلات
للاستخدام العملي، من المفيد أن يكون لديك جدول بالمصطلحات العامة والتحويلات متاحًا بسهولة. فيما يلي قائمة بالمصطلحات والوحدات الشائعة المستخدمة في حسابات الحرارة:
| مصطلح | وحدة |
|---|---|
| الموصلية الحرارية (ك) | W / م درجة مئوية |
| منطقة المقطع العرضي (أ) | متر مربع |
| فرق درجة الحرارة (ΔT) | ° C |
| سمك (د) | m |
| معدل نقل الحرارة (س) | W |
| نقل الحرارة بالحمل الحراري (ح) | واط/م² درجة مئوية |
| مساحة السطح (أ) | متر مربع |
| جول | J |
مثال لحسابات الحرارة
دعونا نضع هذه الصيغ والمصطلحات موضع التنفيذ مع مثال:
سيناريو: احسب معدل انتقال الحرارة (Q) خلال صفيحة فولاذية ذات موصلية حرارية (k) تبلغ 50 واط/م°م، ومساحة مقطع عرضي (A) تبلغ 0.5 متر مربع، وفرق في درجة الحرارة (ΔT) قدره 100 درجة مئوية ، وسمك (د) 0.02 م.
الحلول: استخدام صيغة التوصيل: س = (50 * 0.5 * 100) / 0.02 = 125,000 واط (أو 125 كيلو واط)
في هذا السيناريو، يكون معدل نقل الحرارة 125,000 واط.
الأسئلة الشائعة الأكثر شيوعًا
تقيس الموصلية الحرارية (k) قدرة المادة على توصيل الحرارة. تشير قيم k الأعلى إلى توصيل أفضل للحرارة.
يتضمن التوصيل نقل الحرارة من خلال الاتصال المباشر بين المواد، بينما يحدث الحمل الحراري عندما تنتقل الحرارة عبر وسط سائل.
المواد المشتركة لديها الموصلية الحرارية المختلفة. على سبيل المثال، يحتوي النحاس على قيمة k عالية (حوالي 398 واط/م درجة مئوية)، في حين أن الخشب له قيمة k أقل (حوالي 0.1 واط/م درجة مئوية).