نبذة تعريفية عن الأشكال المستخدمة في العزل الحراري

2011 تجارب علمية الحرارة والطاقة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الأشكال المستخدمة في العزل الحراري العزل الحراري الفيزياء

حاول أن تقف لمدة دقيقة واحدة في أحد الأيام الباردة أو العاصفة وأنت ترتدي الكثير من الملابس الدافئة.

الآن تحسس الجلد عند بطنك. ستلاحظ أنه ما زال يحتفظ بالدفء. بينما ستشعر بالبرد في منطقة الوجه لأن الحرارة في تلك المنطقة قد انتقلت إلى الهواء.

خذ كوباً من الماء المثلج وطَبَقْ حساء ساخن وضعهما على طاولة المطبخ. بعد فترة من الزمن سيبرد الحساء وتصبح درجة حرارته مساوية لدرجة حرارة الغرفة، أما الماء المثلج فسيسخن أيضاً تدريجياً ليصبح بدرجة حرارة الغرفة نفسها أيضاً.

 

والسبب في ذلك، كما لاحظنا في النشاط رقم (3) هو أن الطاقة الحرارية تنتقل من الذرّات التي تحتوي طاقة أكبر إلى الذرّات الأقل طاقة، أي من الحار إلى البارد.

وتنتقل الطاقة الحرارية في الحساء إلى الهواء الأكثر برودة، في حين تنتقل الطاقة الحرارية للهواء إلى الماء المثلج الأكثر برودة. يُطلق على هذه العملية اسم انتقال الحرارة، وتحدث بصورة دائمة من حولنا.

في هذه اللحظة مثلا، تندفع الحرارة من جسمك نحو الهواء الأكثر برودة. ويقوم الجسم بإنتاج حرارته، ولهذا السبب لا تصبح حرارة أجسامنا موازية لدرجة حرارة الغرفة التي نجلس فيها، ولكن ماذا بالنسبة للأجسام الأخرى التي لا تصنع حرارتها الذاتية بنفسها؟ كيف نستطيع أن نحافظ على حرارتها ونحول دون انتقالها إلى أماكن أخرى؟

 

تستطيع أن تجد الإجابة عن هذه التساؤلات في صندوق الطعام. لو وضعت عصيراً بارداً في حافظة حرارة (الترمس) سيظل العصير بارداً، وإن وضعت فيه حساء ساخناً فسيظل الحساء ساخناً.

والحقيقة هي أن هذه الحافظة تمنع الحرارة من الدخول أو الخروج، أي إنها تعمل كوسيلة لعزل للحرارة.

ولو أردت أن تبقي على حرارة أو برودة شيء ما لفترة طويلة عليك أن تبطئ من انتقال الحرارة. فكّر كيف تحافظ على حرارة جسمك وتمنع تسرب الحرارة منه في أيام الشتاء الباردة.

 

سترتدي طبقات من الثياب السميكة. وتكون الملابس الشتوية مصنوعة عادة من الصوف أو غيره من المواد ذات التوصيل الرديء أو الضعيف للحرارة، كما أن طبقات الثياب تحتجز الهواء داخلها.

والهواء المحتجز ناقل رديء للحرارة ويؤدي دور العازل، كما تساعد طبقات الثياب السميكة على إبطاء عملية انتقال الحرارة من الجسم إلى الهواء من حولنا.

تعمل حافظة الحرارة أو الترمس بالطريقة ذاتها. إن إحدى الطرق التي يمكننا أن نلجأ إليها لصنع حافظة الحرارة هي أن نغلف الوعاء الزجاجي بطبقة من اللدائن الرغوية، إذ إن هذه المادة البلاستيكية ليست موصلاً جيداً للحرارة، كما يعمل الهواء المحتجز أيضاً كعازل حراري يقلل من انتقال الحرارة.

 

العزل الخوائي (الفراغي)

هناك وسيلة عزل أفضل من العازل الرغوي والهواء، وهو الخواء (الفراغ). إن أفضل أشكال الخواء العازل هو المكان الذي لا يحوي أي ذرّات على الإطلاق، لكن من المستحيل أن نصنع خواءً (فراغاً) كاملاً.

غير أن العلماء يستطيعون صنع خواء أقرب إلى الخواء المثالي. ويمكن أن تنتقل الحرارة من خلال الإشعاع فقط دون وجود ذرّات متحركة.

إن فهم كيفية عمل الوعاء الحافظ للحرارة والبرودة "الترمس" لن يساعدك في حفظ طعامك وشرابك بارداً أو ساخناً وحسب، بل يساعدك أيضاً في فهم بعض المشكلات التي يواجهها رواد الفضاء في رحلاتهم إلى الفضاء الخارجي.

 

إن المركبة الفضائية تسبح داخل "ترمس" ضخم هو الخواء الموجود في الفضاء الخارجي. ترتفع درجة الحرارة داخل المركبة الفضائية من أجهزتها الإلكترونية وخلايا وقودها ومحركاتها الصاروخية ومن الإشعاعات المنبعثة من الشمس وحرارة أجسام طاقمها.

ولا بدّ من التخلص من هذه الحرارة المتجمعة، وإلا فإن شدة حرارة المركبة ستزداد. ما السبيل للتخلص من تلك الحرارة الزائدة؟

لن يستطيع رواد الفضاء فتح النافذة، كما نفعل داخل بيوتنا في الأيام الحارة، وبدلاً من ذلك، صُممت مركبة الفضاء بحيث يمكن للحرارة المتراكمة أن تخرج بطرائق متعددة.

 

لو أنك، على سبيل المثال، نظرت إلى الصور القديمة لمركبة أبولو الفضائية التي هبطت على سطح القمر، لرأيت أنها مغطاة بطبقة رقيقة من الذهب وظيفتها عكس الحرارة المنبعثة من الشمس على شكل أشعة تحت حمراء، كما أن أبواب حجرة الحمولة داخل مكوك الفضاء مصفحة بمشعات ضخمة.

إن أول عمل يقوم به طاقم الرواد عند دخول المركبة في مدارها هو المباشرة في فتح تلك الأبواب كي تنطلق الأشعة نحو الخارج، أما الحرارة الزائدة الناتجة عن المركبة فيستخدمها رواد الفضاء لتسخين الماء الذي يخرج من المشعات الحرارية.

 

وتنقل الحرارة من المشعات عن طريق الإشعاع. ولابدّ من توافر مساحة سطحية كبيرة للتخلص من كمية كبيرة من الحرارة.

وبما أن المشعات على تماس مع الخواء البارد في الفضاء، فإن حرارة الماء الساخن ستنتقل إلى خارج المكوك الفضائي نحو الفضاء.

 

حافظة الحرارة والبرودة (الترمس)

يوجد داخل حافظة الطعام غلاف زجاجي محاط بخواء (فراغ) داخلي، ولأن الغلاف الزجاجي قابل للكسر فهو محاط بغلاف من البلاستيك أو المعدن.

وتستطيع في مختلف أنواع هذه الحافظات أن تفك وتزيل ذلك الجزء الزجاجي، وإذا قمت بذلك ستجد أن الزجاج لامع تغطيه طبقة معدنية رقيقة.

وتسمى هذه العملية بالتفضيض. ويقلل الشكل الفضي البرّاق من معدل انتقال الحرارة من خلال عكسها بعيداً عن محتوى هذه الحافظة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]