في الفراغ، يحدث انتقال الحرارة في المقام الأول من خلال الإشعاع، حيث لا يوجد وسط للتوصيل أو الحمل الحراري. تتناسب سعة انتقال الحرارة من خلال الإشعاع مع القوة الرابعة لدرجة الحرارة المطلقة، مما يعني أنه كلما زادت درجة الحرارة، يزداد معدل انتقال الحرارة من خلال الإشعاع بشكل كبير.
الشرح:
-
الإشعاع باعتباره النمط الأساسي لانتقال الحرارة في الفراغ:
-
في الفراغ، حيث لا يوجد وسيط (مثل الهواء أو أي مادة أخرى) لدعم حركة الجسيمات، لا يمكن نقل الحرارة من خلال التوصيل أو الحمل الحراري. فالتوصيل يتطلب تلامسًا مباشرًا بين الجسيمات، أما الحمل الحراري فيعتمد على حركة مائع (غاز أو سائل) لنقل الحرارة. وبما أن الفراغ يخلو من مثل هذا الوسط، فإن هاتين الآليتين غير قابلتين للتطبيق. وبدلاً من ذلك، تنتقل الحرارة من خلال الإشعاع، الذي يتضمن انبعاث موجات كهرومغناطيسية من جسم ساخن. تحمل هذه الموجات الطاقة ويمكن أن تنتقل عبر الفراغ لتصل إلى جسم آخر حيث يتم امتصاص الطاقة وتحويلها مرة أخرى إلى حرارة.العلاقة الرياضية لانتقال الحرارة بالإشعاع:
-
يوصف انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع في الفراغ بقانون ستيفان-بولتزمان الذي ينص على أن معدل انتقال الحرارة (e) يتناسب طردياً مع القوة الرابعة لدرجة الحرارة المطلقة (T) للجسم المشع. رياضيًا، يتم التعبير عن ذلك رياضيًا على النحو التالي (e = C (T/100)^4)، حيث C هو ثابت ستيفان-بولتزمان. تسلط هذه العلاقة الضوء على أنه حتى الزيادة الطفيفة في درجة الحرارة يمكن أن تؤدي إلى زيادة كبيرة في معدل انتقال الحرارة بالإشعاع. وهذا الأمر مهم بشكل خاص في التطبيقات الفضائية حيث يمكن أن تتعرض الأجسام المعرضة للشمس لدرجات حرارة قصوى بسبب هذا الانتقال الإشعاعي للحرارة.
-
تطبيقات الحرارة والفراغ:
يُستخدم الجمع بين الحرارة والتفريغ في عمليات صناعية مختلفة مثل التجفيف بالتفريغ والخبز بالتفريغ والتسخين بالتفريغ لمعالجة المعادن. تستفيد هذه العمليات من انخفاض الحاجة إلى الحرارة (حيث يقلل التفريغ من درجة غليان السوائل) ومنع الأكسدة أو التفاعلات الكيميائية الأخرى التي قد تؤدي إلى تدهور جودة المواد التي تتم معالجتها. ويساعد استخدام وحدة التحكم التناسبي التكاملي الاشتقاقي (PID) في الحفاظ على التحكم الدقيق في عملية التسخين في هذه التطبيقات، مما يضمن الكفاءة والجودة.
جودة التفريغ وتأثيره:
