حاسبة الانتشار الحراري

الانتشار الحراري هو خاصية للمادة تصف مدى سرعة انتشار الحرارة خلالها. وهو معامل أساسي في مجالات انتقال الحرارة، والديناميكا الحرارية، وعلوم المواد، ويؤثر على تصميم وتحليل أنظمة التسخين والتبريد، والعزل، والعديد من العمليات الصناعية.

الخلفية التاريخية

تطور مفهوم الانتشار الحراري مع تطور نظريات انتقال الحرارة والديناميكا الحرارية. وأصبح ذا صلة خاصة مع ظهور التصنيع، حيث أصبحت الحاجة إلى إدارة العمليات الحرارية بكفاءة في المحركات والغلايات ومبادلات الحرارة أمرًا بالغ الأهمية.

صيغة الحساب

تُعطى صيغة حساب الانتشار الحراري (α) بواسطة:

\[ \alpha = \frac{\lambda}{\rho c_p} \]

حيث:

• λ هي الموصلية الحرارية للمادة (واط/(م·كلفن))،
• ρ هي كثافة المادة (كجم/م³)،
• cp هي السعة الحرارية النوعية عند ضغط ثابت (جول/(كجم·كلفن)).

مثال على الحساب

إذا كانت الموصلية الحرارية لمادة ما 0.8 واط/(م·كلفن)، وكثافتها 2700 كجم/م³، وسعتها الحرارية النوعية 900 جول/(كجم·كلفن)، فإن انتشارها الحراري سيكون:

\[ \alpha = \frac{0.8}{2700 \times 900} \approx 3.3333 \times 10^{-7} \, \text{م}^2/\text{ث} \]

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعد الانتشار الحراري ضروريًا في تحليل وتصميم المواد والأنظمة لإدارة الحرارة. فهو يؤثر على مدى سرعة استجابة المادة لتغيرات درجة الحرارة، مما يؤثر على كل شيء من مواد عزل المباني إلى تبريد المكونات الإلكترونية.

الأسئلة الشائعة

1. ماذا يشير الانتشار الحراري العالي؟

   • يشير الانتشار الحراري العالي إلى انتشار الحرارة بسرعة عبر المادة، وهو أمر مرغوب فيه في التطبيقات التي تتطلب تبديدًا سريعًا للحرارة.

2. كيف يرتبط الانتشار الحراري بالموصلية الحرارية؟

   • بينما تقيس الموصلية الحرارية قدرة المادة على توصيل الحرارة، فإن الانتشار الحراري يشير إلى مدى سرعة قدرة المادة على نشر تلك الحرارة في جميع أنحاء حجمها.

3. هل يمكن أن يتغير الانتشار الحراري مع درجة الحرارة؟

   • نعم، يمكن أن يتغير الانتشار الحراري مع درجة الحرارة، حيث أن كل من الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية تعتمدان على درجة الحرارة.

هذه الآلة الحاسبة تبسط عملية حساب الانتشار الحراري، مما يجعلها مفيدة للطلاب والمهندسين والمهنيين الذين يتعاملون مع إدارة الحرارة وعلوم المواد.