በሙቀት ማስተላለፊያነት እና በስርጭት መካከል ያለው ቁልፍ ልዩነት የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) የቁሳቁስ ሙቀትን የመምራት ችሎታን ሲያመለክት የሙቀት ስርጭት ደግሞ የቁሳቁስ ሙቀት ከሙቀት ጫፍ ወደ ቀዝቃዛ መጨረሻ።
Thermal conductivity እና thermal diffusivity በአንድ የተወሰነ ቁስ ውስጥ ያለውን ሙቀት የሚገልጹ ሁለት ቃላት ናቸው።
የሙቀት መቆጣጠሪያ ምንድነው?
የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) የአንድ የተወሰነ ቁሳቁስ ሙቀትን በራሱ የመምራት ችሎታን የሚገልጽ ቃል ነው። ይህንን ቃል የምንገልጽባቸው ሦስት መንገዶች አሉ፡ k, λ ወይም κ.በተለምዶ ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) ያለው ቁሳቁስ ከፍተኛ የሙቀት ልውውጥን ያሳያል. ለምሳሌ, ብረቶች አብዛኛውን ጊዜ ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) ያላቸው እና ሙቀትን በመምራት ረገድ በጣም ውጤታማ ናቸው. በተመሳሳይም እንደ ስቴሮፎም ያሉ መከላከያ ቁሳቁሶች ዝቅተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) ያላቸው እና ዝቅተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ መጠን ያሳያሉ. ስለዚህ, በሙቀት ማሞቂያ መሳሪያዎች ውስጥ ዝቅተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) ያላቸው ቁሳቁሶችን መጠቀም ስንችል በሙቀት ማጠራቀሚያዎች ውስጥ ከፍተኛ የሙቀት መቆጣጠሪያ መሳሪያዎችን መጠቀም እንችላለን. ከዚህም በላይ "thermal resistivity" የሙቀት መቆጣጠሪያ ተገላቢጦሽ ነው.
በሂሳብ ደረጃ ቴርማል ኮንዳክሽንን እንደ q=-k∇T መግለጽ እንችላለን፣ q የሙቀት ፍሰት፣ k የሙቀት መቆጣጠሪያ እና ∇T የሙቀት ቅልመት ነው። ይህንንም "The Fourier's law of heat conduction" ብለን እንጠራዋለን።
በሙቀት ቅልመት ላይ በዘፈቀደ ሞለኪውላዊ እንቅስቃሴ ምክንያት የሙቀት ማስተላለፊያን እንደ የኃይል ማጓጓዣ መግለፅ እንችላለን። ስለዚህ ይህን ቃል ከኃይል ማጓጓዣ በኮንቬክሽን እና በሞለኪውላር ስራ መለየት እንችላለን ምክንያቱም ምንም አይነት ጥቃቅን ፍሰቶች ወይም ስራ የሚሰሩ ውስጣዊ ጭንቀቶችን አያካትትም።
የመለኪያ አሃዶችን ለሙቀት ማስተላለፊያነት ሲያስቡ የSI ክፍሎች “ዋትስ በሜትር-ኬልቪን” ወይም W/m. K ናቸው። ነገር ግን፣ በንጉሠ ነገሥታዊ አሃዶች፣ BTU/(h.ft.°F) BTU የብሪቲሽ የሙቀት አሃድ፣ h በሰአታት፣ ft በእግር ርቀት፣ እና F በፋራናይት የሙቀት መጠን በሚኖርበት BTU/(h.ft.°F) ውስጥ ያለውን የሙቀት መጠን መለካት እንችላለን። በተጨማሪም የቁሳቁስን የሙቀት አማቂነት ለመለካት ሁለት ዋና መንገዶች አሉ፡- ቋሚ እና ጊዜያዊ ዘዴዎች።
የሙቀት ልዩነት ምንድነው?
Thermal diffusivity የቁሳቁስ ሙቀት ከሙቀቱ ጫፍ እስከ ቀዝቃዛው ጫፍ የሚደርሰው የሙቀት መጠን መለኪያ ነው።ስለዚህ, በቋሚ ግፊት በጥቃቅን እና በተወሰነ የሙቀት አቅም የተከፋፈለው የቁስ ሙቀት መጨመር ነው. የዚህ ግቤት መለኪያ አሃድ m2/s ነው። ከSI የተገኘ ክፍል ነው። ብዙውን ጊዜ፣ ይህንን ቃል እንደ α ልንጠቁመው እንችላለን። ግን ሌሎች ምልክቶችም አሉ. የሙቀት ስርጭት ሒሳባዊ መግለጫው እንደሚከተለው ነው፡
α=k/ρcp
እዚህ፣ k የሙቀት መቆጣጠሪያው ነው፣ cp የተወሰነ የሙቀት አቅም ነው፣ እና ρ si ጥግግት ነው። ነገር ግን፣ ρcp አንድ ላይ እንደ ጥራዝ የሙቀት አቅም ተሰይሟል።
ብዙ ጊዜ የሙቀት ስርጭት የሚለካው በፍላሽ ዘዴ ሲሆን ይህም የቁሳቁስን ክፍል ወይም ሲሊንደሪካል ክፍል በአጭር የኢነርጂ ምት በአንደኛው ጫፍ ማሞቅ እና የሙቀት መጠኑን በቅርብ ርቀት ላይ መመርመርን ያካትታል።
በሙቀት ምግባራዊነት እና በዲፍፈስነት መካከል ያለው ልዩነት ምንድን ነው?
የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) እና የሙቀት ስርጭት (thermal diffusivity) በአንድ የተወሰነ ቁስ ውስጥ ያለውን ሙቀት የሚገልጹ ሁለት ቃላት ናቸው።በthermal conductivity እና diffusivity መካከል ያለው ቁልፍ ልዩነት ቴርማል ኮንዳክሽን (thermal conductivity) የሚያመለክተው ሙቀትን የመምራት ችሎታን ሲያመለክት የሙቀት መስፋፋት ደግሞ የቁሳቁስ ሙቀት ከሙቀት ጫፍ እስከ ቀዝቃዛው ጫፍ የሚተላለፍበትን ፍጥነት መለካት ነው።
ከታች የመረጃ ሥዕላዊ መግለጫዎች በጎን ለጎን ለማነፃፀር በthermal conductivity እና diffusivity መካከል ያለውን ልዩነት ያሳያል።
ማጠቃለያ - የሙቀት ምግባራዊነት እና ዳይፎስቲቭ
የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity) እና የሙቀት ስርጭት (thermal diffusivity) በአንድ የተወሰነ ቁስ ውስጥ ያለውን ሙቀት የሚገልጹ ሁለት ቃላት ናቸው። በthermal conductivity እና diffusivity መካከል ያለው ቁልፍ ልዩነት የፍል conductivity አንድ ቁሳዊ ሙቀት ለመምራት ያለውን ችሎታ የሚያመለክት ሲሆን አማቂ diffusivity ደግሞ የቁሳቁስ ሙቀት ከሙቀት ጫፍ እስከ ቀዝቃዛው ጫፍ የሚተላለፈውን ፍጥነት መለካት ነው.
