المجال 09
الهندسة الحرارية
كيف تنتقل الحرارة، وكيف نُبقيها في الداخل أو في الخارج
تهتم الهندسة الحرارية بالحرارة: كيف تنتقل من الأجسام الأدفأ إلى الأجسام الأبرد، وكيف يستخدم المهندسون المواد والعزل الحراري والشكل ليحافظوا على دفء البيت، أو برودة المشروب، أو ليمنعوا الآلة من السخونة المفرطة.
لمن يناسب هذا المجال
الأطفال الذين يتساءلون لماذا تسخن الملعقة المعدنية في الشاي، والمتعلمون الذين يحبون التجارب على المواد اليومية.
ما ستتعلمه
- كيف تنتقل الحرارة من جسم أدفأ إلى جسم أبرد
- لماذا توصل بعض المواد الحرارة جيدًا بينما تعمل مواد أخرى عازلًا حراريًا
- مدى سرعة سخونة الأشياء وبرودتها، وما الذي يتوقف عليه ذلك
- كيف يختار المهندسون المواد بحسب خصائصها الحرارية
أمثلة على التجارب
-
سخّن أحد طرفي قضبان مصنوعة من مواد مختلفة، وقارن سرعة سخونة الطرف الآخر.
-
لُفّ كوبًا افتراضيًا بطبقات عازلة مختلفة، ولاحظ كم من الوقت يبقى المشروب ساخنًا.
-
غيّر سُمك جدار، وقارن كمية الحرارة التي تنفذ عبره.
أشياء يمكنك بناؤها
-
علبة طعام معزولة جيدًا
-
جدار يحافظ على دفء الغرفة
-
مشتّت حراري بسيط لقطعة إلكترونية
توضّح هذه الأمثلة نوع العمل في هذا المجال. وقد تختلف الدروس المنشورة عنها.
ما تبسّطه المحاكاة
- يُحسب انتقال الحرارة بنماذج تعليمية مبسّطة، مع عدد قليل من الخصائص لكل مادة.
- حركة الهواء وأشعة الشمس مبسّطة؛ أما المباني والآلات الحقيقية فأكثر تعقيدًا، وتحتاج إلى فحص من مختصين.
كل محاكاة تبسّط الواقع، ومعرفة كيف تفعل ذلك جزء من تعلّم الهندسة.
الصلة بالمواد الدراسية
الفيزياء (الحرارة ودرجة الحرارة)، والكيمياء (المواد)، والجغرافيا (المناخ)، والتصميم والتكنولوجيا
الصلة بالمجالات الأخرى
ترتبط الهندسة الحرارية بالهياكل والمواد، وبالدارات الكهربائية (فالقطع تسخن)، وبأنظمة التحكم (منظِّمات الحرارة).
معلومة مفيدة
يحافظ الترمس على المشروبات ساخنة أو باردة لأنه يبطئ كل الطرق التي يمكن أن تنتقل بها الحرارة.