ما هي حاسبة انتقال الحرارة؟
تقدّر هذه الحاسبة كمية الحرارة التي تنتقل عبر مادة صلبة — كجدار أو نافذة أو لوح معدني — اعتمادًا على قانون فورييه للتوصيل في الحالة المستقرة. وتعطيك في الوقت نفسه معدل انتقال الحرارة (القدرة، بالواط) وإجمالي الطاقة الحرارية المنتقلة خلال مدة زمنية تختارها (بالجول والكيلوجول). وهي أداة فيزيائية عامة تصلح للاستخدام في أي مكان.
كيفية الاستخدام
أدخل الموصلية الحرارية للمادة k (واط/م·كلفن)، ومساحة المقطع A (م²) التي تمر الحرارة عبرها، وفرق درجة الحرارة ΔT (كلفن أو °مئوية) بين وجهي المادة، وسُمكها d (م)، والزمن t بالثواني. وبما أن الحاسبة تقسم على السُمك، فيجب أن تكون قيمته أكبر من الصفر.
شرح المعادلة
معدل انتقال الحرارة هو \(\dot{Q} = \frac{k \cdot A \cdot \Delta T}{d}\). وبضرب هذا المعدل في الزمن نحصل على إجمالي الطاقة $$Q = \frac{k \cdot A \cdot \Delta T \cdot t}{d}.$$ فكلما زادت الموصلية أو اتسعت المساحة أو كبر فرق درجة الحرارة زاد تدفق الحرارة، بينما يقلّل السُمك الأكبر من هذا التدفق. ولاحظ أن فرق درجة الحرارة \(\Delta T\) متساوٍ عدديًا سواء قِيس بالكلفن أو بالدرجة المئوية.
مثال محلول
لنفترض جدارًا من الصوف الزجاجي بموصلية \(k = 0.04\) واط/م·كلفن، ومساحة 10 م²، وفرق درجة حرارة \(\Delta T = 20\) كلفن، وسُمك 0.1 م. عندئذ يكون المعدل \(= \frac{0.04 \times 10 \times 20}{0.1} = 80\) واط. وخلال ساعة واحدة (3600 ثانية) تصبح الطاقة $$Q = 80 \times 3600 = 288{,}000 \text{ جول} = 288 \text{ كيلوجول}.$$
الأسئلة الشائعة
ما الوحدات التي ينبغي استخدامها؟ استخدم وحدات النظام الدولي (SI) في كل المدخلات: واط/م·كلفن، م²، كلفن، أمتار، ثوانٍ. وتأتي النتيجة بالواط والجول.
هل يجب أن يكون ΔT بالكلفن؟ فرق درجة الحرارة له القيمة نفسها بالكلفن وبالدرجة المئوية، لذا يصلح أي منهما لقيمة \(\Delta T\).
هل تصلح للحالة المستقرة فقط؟ نعم — فهي تفترض ثبات فرق درجة الحرارة \(\Delta T\) والتوصيل في بُعد واحد، وتتجاهل مرحلة التسخين الانتقالية والحمل الحراري والإشعاع.
