سرفصل:  هدايت حرارت گذرا در سيستم يکپارچه

نمونه 31 -مطلب درسي:  ظرفيت حرارتي

در سيستم هاي يکپارچه، با انتقال حرارت به سيستم افزايش دما از رابطه زير پيروي مي‌کند:[1]

سيستم هايي که داراي ظرفيت حرارتي بالاتري باشند با دريافت مقدار مشخصي حرارت افزايش دماي کمتري را تجربه مي‌کنند و سيستم هايي که ظرفيت حرارتي آنها پايين باشد با دريافت‌اندک حرارتي تغيير دماي زيادي را نشان خواهند داد. در صورتي که نخواسته باشيم سيستم دچار تغيير حالت بشود، بايد متناسب با ظرفيت حرارتي سيستم به آن حرارت داده شود.

در انسان نيز هرچه ظرفيت دروني فرد وسيعتر باشد، تنشهاي محيطي فشار کمتري را در فرد‌ايجاد مي‌کند.چنانکه در روايات اشاره شده است صبر، رابطه نزديکي با ظرفيت وجودي انسان دارد. هر‌اندازه ظرفيت انسان بيشتر شود، صبر و شکيبايي او افزون مي‌گردد، به همين دليل کودکان و بزرگسالان کودک صفت، در برابر کمترين حادثه‌اي، بي تابي مي‌کنند در حالي که افراد با ظرفيت و با شخصيت، مشکلات را در خود هضم نموده و خم به ابرونمي آورند. در روايتي حضرت عيسي g مي‌فرمايند [2]: «شما به آن چه دوست داريد نخواهيد رسيد، مگر با صبر در برابر آن چه ناخوش مي‌داريد» و هرچقدر ظرفيت انسان بالاتر برود تحمل مشکلات براي انسان آسان تر مي‌شود همانطور که امام على g فرمودند: صبر، مصيبت را آسان مى‌كند[3] .

از طرف ديگر، همان طور که مقدار حرارت بيش از يک حد معين)که وابسته به ظرفيت حرارتي سيستم است(باعث تنش بيش از حد و آسيب به سيستم مي‌شود، در هر انسان نيز با توجه به ظرفيت او حداکثر مقدار معيني تنش و سختي قابل اعمال است.

در تربيت يکي از نکاتي که لازم است بدان توجه شود همين توجه به ظرفيت‌هاست. چه بسيار افرادي که در مسير تربيت نفس خويش با فشار بيش از‌اندازه به نفس باعث واپس زدگي آن شده‌اند‌به گونه‌اي که ديگر نفس آن‌ها زير بار تربيت نرفته است و فرمان پذيري از عقل را از دست داده است. همچنين ‌اين نکته را بايد در تربيت متربيان مانند فرزندان و شاگردان نيز مورد توجه قرار داد. چنانکه در سوق دادن فرزندان به مسائل عبادي مانند اعمال مستحبي رعايت‌اين قاعده نشود چه بسا موجب تنفر آنها نسبت به اعمال عبادي مي‌گردد.
 رسول خداa مي‌فرمايند:«اين دين مقدس اسلام دينى است با متانت (دور از افراط و تفريط)  پس حركت دينى شما بايد با نرمش و اعتدال باشد. و شما عبادت الهى را در نظر بندگان خدا سنگين و ناپسند نكنيد (كه با افراط و زياده‏روى در عبادت چنين بينشى در ديگران پديد مى‏آيد) كه در نتيجه مانند راكب و سوارى خواهيد شد كه بر اثر فشار بر مركب خود آن حيوان را خسته و كوفته كرده كه نهايتا نه راهى را طى كرده و نه پشت و گرده سالمى براى حيوان باقى مانده. بدن زخمى شده و رنجور گشته در عين حال مسافتى هم طى نشده است‏».[4]

سرفصل: آشنايي با مفاهيم

نمونه 31 -مطلب درسي: معرفي مکانيزمهاي انتقال حرارت

انتقال حرارت هدايتي:

اگر در محيطي که مي‌تواند جامد يا سيال ساکني باشد، شيب دما وجود داشته باشد براي انتقال گرمايي که در محيط روي مي‌دهد از واژه رسانش استفاده مي‌شود[5]. هنگام بحث در مورد رسانش بايد مفاهيمي چون ارتعاش اتمي و مولکولي را مورد توجه قرار داد، زيرا فرايندها در‌اين سطوح است که انتقال گرما را تداوم مي‌بخشند. رسانش را به عنوان انتقال انرژي از ذرات پر انرژي به ذرات کم انرژي ماده، بر اثر برهم کنش‌هاي بين آن‌ها مي‌توان دانست.

در انتقال حرارت هدايتي رابطه زير را خواهيم داشت

که k همان ضريب هدايت حرارتي مي‌باشد.

انتقال حرارت جابجايي:

براي انتقال گرماي بين سطح و سيالي متحرک، که دماي آن‌ها با هم متفاوت است، از واژه جابجايي استفاده مي‌شود[6]. انتقال گرماي جابجايي از دو مکانيزم تشکيل مي‌شود. يکي انتقال انرژي ناشي از حرکت تصادفي مولکول‌ها(پخش) و ديگري انتقال انرژي بر اثر حرکت کپه‌اي (ماکروسکوپيک) سيال. وقتي که جريان توسط وسايل خارجي از قبيل فن و يا پمپ به وجود بيايد جابجايي اجباري داريم. در مقابل در جابجايي آزاد، جريان بر اثر نيروي  شناوري بوجود مي‌آيد.

انتقال حرارت تابشي:

تمام سطوح با هر دمايي انرژي را به شکل امواج الکترومغناطيس گسيل مي‌دارند. از‌اين رو، در نبود محيط واسط، ميان دو سطح با دماهاي مختلف انتقال گرماي خالص تشعشعي وجود دارد. به عبارتي ديگر تشعشع گرمايي، انرژي گسيل شده توسط ماده‌اي است که در دماي معيني قرار دارد[7]. تشعشع مي‌تواند از سطح جامدات، مايعات و حتي گازها نيز صورت بگيرد. به طور کلي ماده به هر شکلي که باشد، گسيل انرژي را مي‌توان به تغييرات وضعيت الکترون‌هاي اتم‌ها يا مولکول‌هاي تشکيل دهنده آن ارتباط داد. انتقال حرارت به شيوه تشعشع بر خلاف دو شيوه ديگر نيازمند فضاي مادي نيست.

يکي از معجزات طبيعت که در قرآن به تفکر در آن دعوت شده است، خلقت شتر ميباشد: «أَفَلَا يَنظُرُونَ إِلَى الْإِبِلِ کَيْفَ خُلِقَت[8]» آيا مردم در خلقت شتر نمي‌نگرند که چگونه (به انواع حکمت و منفعت براي بشر) خلق شده است.

به علت زندگي شتر در بيايان و محيط بسيار گرم و کمبود آب، در خلقت آن به مسأله انتقال حرارت توجه ويژهاي شده است، به نحوي که هر سه مکانيسم اصلي انتقال حرارت را مي‌توان در آن مشاهده کرد.

در شتر کوهان آن که محل ذخيره‌ي چربي است ،عايقي براي مقابله با گرما‌ايجاد مي‌کند. تکـيه‌گاه‌هاي وي در حالت نشستن(يعني زانوها، آرنج‌ها، و سينه) از قـشـر کلفـتِ پوستِ مرده تشکـيل شده است.‌اين قـشـر مانع انتقال حرارت از زمين داغ به بدن مي‌شود، و همچنين باعث مي‌شود بدنش زخم نشود. کف پهن پاي آن با يک قشر شاخه‌اي مجهّز شده که باعث مي‌شود پاي آن در شن و مـاسـه فـرو نرود و پا را در مـقـابل ماسـه‌هاي تيز و گرم نيز محافـظـت مي‌کند.

مجراي خون وي در اعماق بدن قـرار نگرفـته بـلکه زير پوست گردن و پاها و پهـلـوهـا قرار گرفته است.‌اين باعث مي‌شود که گرماي بدن را بيش تر به سطح بدن منتقل کند. با وجود‌اينکه از پستانداران است، درجه حرارت بدن وي مي‌تواند خـيـلـي تغـيـيـر کند. حرارت بدن وي بين 34 تا 42 درجه سانتيگراد در تغيير است. وقتي دما بالا برود دماي بدن وي نيز بالا مي‌رود.‌اين امر گرچه باعـث مي‌شود کـه اختلاف دماي بدن با دماي محيط کاهش يابد و  انتقال حرارت کم شود، اما چون‌اين دما براي شتر قابل تحمل است، نيازي به عرق کردن براي خنک کردن خود ندارد و در مصرف آب خود صرفه جوئي مي‌کند. جالب است  با افزايش دماي محيط به بيش از 42 درجه سانتيگراد هنگام ادرار، شتر  دم خود را مي‌جنباند تا ادرار به پـاهـا پاشيده شود. به‌اين شکل با خيس و مرطوب کردن خود به خنک شدن خود کمک مي‌کند.

سطح کمر آن باريک است.که باعث مي‌شود تابش گرم و سوزان نيم روزي خورشيد، فقط به قسمت کمي از بدن وي بطور مـؤثر بـتابـد. در شرايط تابش قبل از نيمروز يا بعد از آن که خورشيد مايل مي‌تابد و شدت تابش دريافتي کمتر است نيز، اگـر مـجـبـور باشد در آفـتـاب باشـد رو به خـورشيد و يا پـشـت به خـورشيد زمينگير مي‌شود که‌اين نيز به نوبه‌ي خود باعث مي‌شود تابش مؤثر خـورشيد فقط به سطح کم بالايي وي بتابد. پوسـت پـشمي وي نيز تابش کمتري را جذب مي‌کند. به‌اين ترتيب شتر مي‌تواند گرمايي که خيلي از حيوانات ديگر را مي‌کُشد تحمل کند.

[1]. مقدمه‌اي بر انتقال گرما، ص 284.

[2]. «إنّكُم لا تُدرِكُونَ ما تُحِبُّونَ إلاّ بِصَبرِكُم على ما تَكرَهُونَ» ( بحار الأنوار: ج82، ص137، ح42).

[3]. «الصَّبرُ يُهَوِّنُ الفَجِيعَةَ» (غررالحکم، ص 752، ح533).

[4]. «إِنَّ هَذَا الدِّينَ مَتِينٌ فَأَوْغِلُوا فِيهِ بِرِفْقٍ وَ لَا تُكَرِّهُوا عِبَادَةَ اللَّهِ إِلَى عِبَادِ اللَّهِ فَتَكُونُوا كَالرَّاكِبِ الْمُنْبَتِّ الَّذِي لَا سَفَراً قَطَعَ وَ لَا ظَهْراً أَبْقَى‏»(الکافي، ج2، ص86).

[5].  مقدمه‌اي بر انتقال گرما، ص72.

[6].  همان، ص 365.

[7]. مقدمه‌اي بر انتقال گرما، ص702.

[8]. غاشيه:17.