image source:
"باحثون يتمكنون من الحصول على معارف جديدة توضح كيفية انتقال الحرارة في المادة في سبيل تحسين وتطوير الأنظمة الالكترونية"
قام مجموعة من الباحثين في جامعة تورنتو بالتعاون مع زملائهم في جامعة كارنيغي ميللون، بنشر ورقة بحثية جديدة توضح معارفاً جديدة عن كيفية انتقال الحرارة ضمن المادة، الأمر الذي قد يقود بشكل مؤكد إلى أجهزة الكترونية أكثر فعالية و أصغر حجماً. الدارات الالكترونية المتكاملة والأجزاء الالكترونية الأخرى قد عرفت تناقصاً بالحجم و الأبعاد وزيادةً في تعقيدها وبنيتها، وذلك خلال العقود الأخيرة، ولكن في حين أن الدارات تصبح أصغر وأصغر، فإنّ قدرتها على تبديد الحرارة الناتجة عن عملها تصبح أصعب، ومن أجل تحقيق خطوات متقدمة أكثر في مجال الالكترونيات – سواء على الصعيد البحثي أو صعيد الإنتاج الصناعي – فإنّ على الباحثين إيجاد طرق جديدة يتتبعون من خلالها كيفية انتقال الحرارة في الأنظمة الالكترونية الموجودة في تطبيقات عديدة، من الأجهزة المحمولة الذكية وصولاً للحواسيب والخلايا الشمسية. قام دان سيلان Dan Sellan والبروفيسورة كريستيان آمون Cristina Amon من جامعة تورنتو بدراسة طريقة جديدة تهدف لقياس الخواص الحرارية والاهتزازية للمواد الصلبة، وبالتعاون مع زملائهم من جامعة كارنغي ميللون، فقد قاموا بدراسة مواد تنتقل فيها الحرارة عبر الاهتزازات الذرية في رزم تدعى "الفونونات Phonons"، وقد نشروا نتائج دراستهم في مجلة Nature Communication.
- طرق انتقال الحرارة | المرسال
طرق انتقال الحرارة | المرسال
كلما تحركت هذه الجسيمات واصطدمت ببعضها البعض ، زادت سخونة الجسم المعني. عندما تقوم "بتسخين" شيء ما باستخدام موقد (أو أي مصدر حرارة) ، فإن ما تفعله هو في الأساس رفع متوسط الطاقة الحركية لجزيئات المادة ، والتي بدورها ترفع درجة حرارتها الإجمالية. نقل الحرارة يمكن نقل الحرارة بثلاث طرق مختلفة: التوصيل والحمل الحراري والإشعاع. بشكل أساسي ، يحدث التوصيل عندما يكون جسمان على اتصال ببعضهما البعض. طرق انتقال الحرارة | المرسال. هذه هي الطريقة الأكثر أهمية والأكثر شيوعًا لنقل الحرارة وتحدث عندما تتفاعل الجسيمات المتحركة أو المهتزة بسرعة مع جسيمات كائن مجاور وتنقل بعض طاقتها إلى الأخير. من ناحية أخرى ، يحدث الحمل الحراري عندما يتحرك سائل ساخن (مثل الهواء والماء وما إلى ذلك) بعيدًا عن مصدر الحرارة ويتلامس مع مواد أخرى ، مما يؤدي إلى نقل بعض طاقته في هذه العملية. هناك العديد من الأمثلة على انتقال الحرارة من خلال كل من التوصيل والحمل الحراري ، لذلك من السهل الافتراض عن طريق الخطأ أن هاتين الطريقتين الوحيدتين اللتين تنتقل بهما الحرارة. انتقال الحرارة من خلال الإشعاع الطريقة الثالثة لنقل الحرارة - المسؤولة عن تسخين الكوكب وكل من يعيش عليه - هي الإشعاع.
مصطلحات وتعريفات في ما يلي بعض المصطلحات التي تتعلق بالحرارة: الديناميكا الحرارية (بالإنجليزية: Thermodynamics): أحد فروع علم الفيزياء الذي يبحث في انتقال الحرارة وعلاقتها بأشكال الطاقة المختلفة، كما أنه يبحث في علاقة الحرارة بالضغط، والكثافة، ودرجة الحرارة. التمدُد الحراري (بالإنجليزية: Thermal Expansion): ازدياد حجم المادة نتيجة اكتسابها حرارة، ويقابلها الانكماش الحراري (بالإنجليزية: Thermal contraction). عمليات الحركة الحرارية (بالإنجليزية: Thermodynamic Processes): عمليات تتعلق بتغيُر الطاقة داخل النظام، وترتبط عادةََ بالضغط، والحجم، ودرجة الحرارة وأشكال انتقال الطاقة، ومنها: عملية كظيمة أو لا تبادلية (بالإنجليزية: Adiabatic process): عملية تتم دون حدوث انتقال حرارة من النظام أو إليه. عملية ثابتة الحجم (بالإنجليزية: Isochoric process): عملية لا يقوم النظام خلالها ببذل جهد، ولا يتغير حجمه. عملية ثابتة الضغط (بالإنجليزية: Isobaric process): عملية لا يتغير خلالها الضغط. عملية ثابتة درجة الحرارة (بالإنجليزية: Isothermal process): عملية لا تتضمن تغيُراً في درجة الحرارة. حالة المادة (بالإنجليزية: States of Matter): وصف للتركيب الفيزيائي للمادة، ومدى ترابط مكوناتها مع بعضها البعض، ومن حالات المادة: المادة الصلبة، والغازية، والسائلة، والبلازما، والميوعة الفائقة، ويمكن للمادة أن تتحول من حالة لأخرى مثل: الذوبان: تحوُل المادة الصلبة إلى سائلة.