ما هي حاسبة التوصيل الحراري؟
تحسب هذه الأداة معدل انتقال الحرارة بالتوصيل عبر مادة مستوية مثل جدار أو نافذة أو لوح عازل. وتعتمد في ذلك على قانون فورييه للتوصيل الحراري في حالة التدفق المستقر أحادي البُعد. وتأتي النتيجة على هيئة معدل تدفق الحرارة بالواط (جول لكل ثانية)، مما يوضح لك مدى سرعة انتقال الطاقة الحرارية من الجانب الدافئ إلى الجانب البارد.
كيفية استخدامها
أدخِل أربع قيم: الموصلية الحرارية للمادة \(k\) (واط/متر·كلفن)، ومساحة المقطع العرضي \(A\) (م²)، وفرق درجة الحرارة \(\Delta T\) عبر المادة (بالكلفن أو الدرجة المئوية — كلاهما يعطي الفرق نفسه)، والسُّمك \(L\) (م). وتُعيد الحاسبة معدل التوصيل والمقاومة الحرارية للتوصيل \(R\).
شرح المعادلة
ينص قانون فورييه على أن $$Q/t = \frac{k \cdot A \cdot \Delta T}{L}$$ يزداد تدفق الحرارة كلما كانت المادة أكثر توصيلًا (قيمة \(k\) أعلى)، وكلما كبرت المساحة، واتسع فرق درجات الحرارة، بينما تُبطئ المادة الأكثر سُمكًا (قيمة \(L\) أكبر) من هذا التدفق. أما المقاومة الحرارية المرتبطة بذلك فهي $$R = \frac{L}{k \cdot A}$$ وكلما ارتفعت قيمة \(R\) كان العزل أفضل.
مثال محلول
جدار عازل مساحته 10 م² بموصلية \(k = 0.04\) واط/متر·كلفن، وسُمك 0.1 م، وفرق درجة حرارة 20 °م: $$Q/t = \frac{0.04 \times 10 \times 20}{0.1} = \textbf{80 واط}$$ وتكون المقاومة الحرارية \(R = \frac{0.1}{0.04 \times 10} = 0.25\) كلفن/واط.
الأسئلة الشائعة
هل أستخدم الدرجة المئوية أم الكلفن لفرق الحرارة ΔT؟ كلاهما يصلح — إذ إن فرق درجة حرارة مقداره 1 °م يساوي 1 كلفن، فتكون القيمة العددية واحدة.
ما المقصود بالموصلية الحرارية k؟ هي خاصية للمادة: النحاس ≈ 400، الزجاج ≈ 1، الخشب ≈ 0.15، عازل الألياف الزجاجية ≈ 0.04 واط/متر·كلفن.
هل تأخذ هذه الحاسبة الحمل أو الإشعاع بالحسبان؟ لا. فهي تحاكي التوصيل الخالص عبر لوح صلب في الحالة المستقرة، دون أن تشمل تأثيرات الطبقة الهوائية أو الإشعاع.
