ما هي الانتشارية الحرارية؟
تقيس الانتشارية الحرارية (\(\alpha\)) مدى سرعة انتشار الحرارة داخل المادة مقارنةً بمقدار ما تخزّنه منها. فالقيمة المرتفعة تعني أن الحرارة تنتقل بسرعة وأن المادة تبلغ الاتزان الحراري في وقت قصير، أما القيمة المنخفضة فتدلّ على بطء توصيل الحرارة. وتُعدّ هذه الخاصية محورية في تحليل انتقال الحرارة العابر (غير المستقر)، وفي عمليات السباكة، وتبريد الإلكترونيات، وفيزياء المباني. ووحدتها في النظام الدولي هي المتر المربع لكل ثانية (m²/s).
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل ثلاث خصائص للمادة: الموصلية الحرارية \(k\) بوحدة W/m·K، والكثافة \(\rho\) بوحدة kg/m³، والحرارة النوعية \(c_p\) بوحدة J/kg·K. تعرض لك الحاسبة قيمة الانتشارية الحرارية بوحدة m²/s، وكذلك بوحدة mm²/s لمزيد من اليُسر (بضرب القيمة بوحدة m²/s في 1,000,000).
شرح المعادلة
المعادلة الأساسية هي:
$$\alpha = \frac{\text{Thermal Conductivity } k}{\text{Density } \rho \cdot \text{Specific Heat } c_p}$$
هنا تدلّ \(k\) على مدى سهولة توصيل المادة للحرارة، بينما يمثّل حاصل ضرب \(\rho \cdot c_p\) السعة الحرارية الحجمية، أي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة وحدة الحجم بمقدار درجة واحدة. وبقسمة قدرة التوصيل على سعة التخزين الحراري نحصل على معدّل انتشار الاضطراب الحراري في المادة.
مثال محلول
لنأخذ الألمنيوم النقي: \(k = 237\) W/m·K، \(\rho = 2700\) kg/m³، \(c_p = 900\) J/kg·K.
$$\alpha = \frac{237}{2700 \times 900} = \frac{237}{2{,}430{,}000} \approx 0.00009753 \ \text{m}^2/\text{s}$$ أي نحو 97.53 mm²/s. وتفسّر هذه القيمة المرتفعة لماذا يسخن الألمنيوم ويبرد بهذه السرعة الكبيرة.
الأسئلة الشائعة
ما الوحدات التي يجب أن أستخدمها؟ استخدم وحدات النظام الدولي المتناسقة (W/m·K، kg/m³، J/kg·K) للحصول على \(\alpha\) بوحدة m²/s.
كيف تختلف الانتشارية عن الموصلية؟ تصف الموصلية (\(k\)) تدفّق الحرارة في الحالة المستقرة، بينما تصف الانتشارية (\(\alpha\)) سرعة انتشار التغيّرات في درجة الحرارة خلال الظروف العابرة.
لماذا نحوّل القيمة إلى mm²/s؟ كثيرًا ما تُدرج جداول المواد قيمة \(\alpha\) بوحدة mm²/s لأن القيم بوحدة m²/s صغيرة جدًّا؛ علمًا بأن 1 m²/s = 1,000,000 mm²/s.
