ملف تدريبي: التوصيل الحراري

في هذا الملف التدريبي، سوف نتدرَّب على حساب المعدل الذي تسري به الحرارة في مادة ما بمعلومية توصيلها الحراري.

س١:

نافذة زجاجية مساحتها 6.00 m2 وسُمكها 0.500 cm. درجة حرارة السطح الداخلي للنافذة 10.0C بينما درجة حرارة السطح الخارجي للنافذة 18.0C. أوجد معدَّل فَقْد الحرارة خلال النافذة. استخدِم القيمة 0.840/WmC للتعبير عن التوصيلية الحرارية للزجاج.

س٢:

احسب معدل الفقد الحراري لجسم الإنسان، بفرض أن درجة الحرارة الداخلية لمركز الجسم تساوي 37.0C، ودرجة حرارة الجلد تساوي 34.0C، ومتوسط سُمْك الأنسجة الدهنية بين أعضاء الجسم والجلد يساوي 1.00 cm، ومساحة سطح الجسم تساوي 1.40 m2، والتوصيلية الحرارية للأنسجة الدهنية للإنسان تساوي 0.200/WmC.

س٣:

المساحة السطحية لجدران منزل 120 m2، سمك الجدران 13.0 cm، والتوصيلية الحرارية لها تساوي 0.0840 W/m⋅℃. درجة الحرارة داخل المنزل 5.00℃، ودرجة الحرارة خارجه 18.00℃. احسب معدل الفقد الحراري عبر الجدران.

  • أ 1 . 3 7 × 1 0 W
  • ب 1 . 2 5 × 1 0 W
  • ج 1 . 1 4 × 1 0 W
  • د 1 . 0 1 × 1 0 W
  • ه 8 7 . 5 × 1 0 W

س٤:

حائط سُمكه 13.0 سم، ومساحته 10.0 m2، ومعامل التوصيل الحراري له 0.0840 W/m⋅℃. نافذة سُمكها 0.750 سم، ومساحتها 2.00 m2، ومعامل التوصيل الحراري لها 0.840 W/m⋅℃. الفرق في درجة الحرارة عبر النافذة يساوي الفرق في درجة الحرارة عبر الحائط. ما النسبة بين معدل التوصيل الحراري عبر النافذة ومعدل التوصيل الحراري عبر الحائط؟

س٥:

حيوان كبير مساحة سطح جسمه 1.40 m2. جسم الحيوان مُغطى بفرو سُمكه 3.00 سم ومُعامِل التوصيل الحراري له 0.0230/WmC. درجة حرارة جلد الحيوان 32.00C ودرجة حرارة الهواء حول الحيوان 5.00C.

ما مُعدَّل انتقال الحرارة بالتوصيل عَبْر الفرو؟

ما الطاقة المُكتسَبة من الغذاء يوميًّا التي يحتاج إليها الحيوان لتعويض الطاقة المفقودة بالتوصيل الحراري؟

س٦:

يُجْرِي رائد فضاء أنشطة خارج المركبة الفضائية تحت مظلة تحميه من أشعة الشمس. يرتدي رائد الفضاء بدلة فضائية يمكن نمذجتها على أنها بيضاء تمامًا، وتتمتع بقدرة انبعاثية تصل إلى حد الصفر تمامًا. مع ذلك، هناك جزء من البدلة الفضائية؛ عبارة عن قطعة مستطيلة الشكل طول ضلعيها 2 cm، 4 cm، ليست بيضاء اللون. القدرة الانبعاثية لهذه القطعة تساوي 0.220. سُمْك البدلة الفضائية تحت هذه القطعة يساوي 0.720 cm، ومعامل توصيلها الحراري 0.040/WmC، ودرجة حرارة سطحها الداخلي 22C. افترض أن هذه القطعة رقيقة للغاية لدرجة أن درجة حرارة السطح الخارجي لها هي نفسها درجة حرارة السطح الخارجي للبدلة الفضائية تحتها. أوجد درجة حرارة هذه القطعة. اعتبر القيمة 3 K قيمة درجة حرارة الفضاء حول رائد الفضاء.

س٧:

تنتقل الحرارة بالتوصيل من حيوان الفظ خلال الدهون بمُعدَّل 183 W عند غمره في ماء درجة حرارته 6.00 ℃. تبلغ درجة الحرارة الداخلية لحيوان الفظ 37.00 ℃، وتبلغ مساحة سطح جلده 1.20 m2. أوجد متوسِّط سُمك الطبقة الدهنية لحيوان الفظ. استخدِم القيمة 0.200 W/m⋅℃ للتعبير عن التوصيلية الحرارية للدهون.

س٨:

تقف امرأة بإحدى قدمَيْها على لوح أرضية خشبي وتقف بالقدم الأخرى على سجادة من الصوف. كلُّ قدم لها مساحة تلامُس مع الأرض تساوي 68.0 cm2. سُمك كلٍّ من السجادة ولوح الأرضية 5.00 cm ودرجة حرارة السطحين اللذين يُقابِلان السطحين المُلامِسين لقدمَي المرأة 16.0 ℃. مُعدَّل انتقال الحرارة اللازم للحفاظ على سطحَي السجادة ولوح الأرضية اللذين يُلامِسان القدمين عند درجة حرارة مُعيَّنة يعتمد على مُعامِل التوصيل الحراري لكلٍّ من الخشب والصوف. استخدِم القيمة 0.120 W/m⋅℃ لمُعامِل التوصيل الحراري للخشب، والقيمة 0.0400 W/m⋅℃ لمُعامِل التوصيل الحراري للصوف.

ما مُعدَّل انتقال الحرارة من القدم إلى الخشب، اللازم للحفاظ على سطح لوح الأرضية الذي يُلامِس قدم المرأة عند درجة حرارة 25.0 ℃؟

ما مُعدَّل انتقال الحرارة من القدم إلى الصوف، اللازم للحفاظ على سطح السجادة الذي يُلامِس قدم المرأة عند درجة حرارة 25.0 ℃؟

س٩:

سار شخص على سطح من الفحم الساخن دون أن يُصاب بحروق. كان الفحم عند درجة حرارة 1000.0C وظلَّت قدما الشخص عند درجة حرارة 38.0C طوال سيره. كانت الحرارة تنتقل إلى قدمَي الشخص بالتوصيل خلال طبقة من الجلد المُتصلِّب سُمْكها 6.50 mm، ومساحتها 21.0 cm2، ومُعامِل التوصيل الحراري لها 0.100/WmC. خلال خطوة واحدة، كانت قدما الشخص على اتصال بالفحم لمدة 1.50 s. ما كمية الحرارة التي تنتقل من الفحم إلى قدمَي الشخص خلال هذه الخطوة؟ افترِض أن التبريد بالتبخير مُهمَل.

س١٠:

منزل من طابق واحد عُزِلت أسطحه كلها بطبقة من الألياف الزجاجية سُمكها 24 cm. صُمِّم هذا المنزل على شكل متوازي مستطيلات أطوال أضلاعه 8.0 m، و13 m، و2.7 m. احسب نسبة الانخفاض في معدَّل فَقْد الحرارة من المنزل الناتجة عن زيادة سُمْك العزل بمقدار 5 cm. استخدِم القيمة 0.042/WmC للتعبير عن التوصيلية الحرارية للألياف الزجاجية مع افتراض الاحتفاظ بدرجتَيْ حرارة منتظمتين مختلفتين داخل المنزل وخارجه.

  • أ 7 %
  • ب 6 %
  • ج 5 %
  • د 4 %
  • ه 8 %

س١١:

شخص مساحة سطحه 2.00 m2 يرتدي ملابس صوفية متوسِّط سُمكها 3.15 cm. يفقد هذا الشخص الحرارة من خلال الملابس بمُعدَّل 38.0 W. أوجد الفرق في درجة الحرارة بين السطحين الداخلي والخارجي للملابس. استخدِم القيمة 0.400/WmC للتعبير عن التوصيلية الحرارية للصوف.

س١٢:

التوصيلية الحرارية لقالب طوب 1 W/m⋅K. سُمك قالب الطوب 10 cm. ما مقدار الفيض الحراري عَبْر قالب الطوب إذا كان الفرق في درجة الحرارة على جانبَيْهِ 100 K؟

س١٣:

المساحة السطحية الكلية لمنزل تساوي 300 m2. متوسط سُمك جدران المنزل يساوي 0.10 m، ومعامل التوصيلية الحرارية لها يساوي 5.0×10 kW/m⋅K. ما مقدار الطاقة اللازم إمداد المنزل بها في اليوم للحفاظ على درجة حرارته الداخلية أعلى من درجة الحرارة الخارجية بمقدار 10C؟

  • أ 0 . 3 0 × 1 0 J
  • ب 3 . 0 × 1 0 J
  • ج 5 . 3 × 1 0 J
  • د 1 . 3 × 1 0 J
  • ه 2 . 3 × 1 0 J

س١٤:

ما العلاقة بين معدل فَقْد جسم ما للحرارة ودرجة حرارته ودرجة حرارة البيئة المحيطة به وفقًا لقانون نيوتن للتبريد؟

  • أ 𝑞 = 𝑚 𝑐 𝑇
  • ب 𝐸 = 𝜎 𝑇
  • ج 𝑞 = 𝑚 𝐿
  • د 𝑞 = 𝑘 𝑇 𝑥 d d
  • ه 𝑞 = ( 𝑇 𝑇 )

س١٥:

ما المقاومة الحرارية لطبقة من المطاط سُمكها 1 cm، ومساحة سطحها 10 m2؟ استخدِم القيمة 0.2 W/m⋅K للتوصيلية الحرارية للمطاط.

س١٦:

درجة حرارة وجه طبقة معدنية 50C، ودرجة حرارة الوجه الآخر 30C. سُمك الطبقة المعدنية 100 mm، والتوصيلية الحرارية للمعدن 1/WCm. ما معدل انتقال الحرارة لوحدة المساحات من الطبقة؟

س١٧:

ما التوصيل الحراري؟

  • أانتقال الطاقة نتيحة حركة حجوم السوائل.
  • بانتقال الطاقة الكهربية من جسم إلى جسم آخر.
  • جانتقال الطاقة الحرارية بين مناطق في المادة نتيجة التدرج في درجات الحرارة.
  • دانتقال طاقة الحركة نتيحة التصادم.

س١٨:

قارورة ديوار الجزء العُلوي منها مفتوح وجوانبها مستقيمة، كما هو موضَّح في الشكل. يُمكِن نمذجة القارورة على أنها عازل حراري مثالي باستثناء الجزء العُلوي المفتوح منها. مُلِئت القارورة بماء كثافته 1000 kg/m3 ووُضِعت في مُبرِّد. برد الماء وتكوَّنت طبقة من الجليد على سطحه. درجة حرارة كلٍّ من الماء السائل والسطح السفلي للجليد المُلامِس للماء السائل 0.0 ℃، ودرجة حرارة السطح العُلوي للجليد المُلامِس للهواء في المُبرِّد 25. افترِض أن مُعدَّل التوصيل الحراري عَبْر الجليد يساوي الحرارة الكامنة لانصهار الجليد، وحدِّد المُعدَّل الذي يزيد به سُمك طبقة الجليد عند اللحظة التي يكون سُمكها فيها 0.46 cm. استخدِم القيمة 2.2 W/m⋅℃ للتوصيلية الحرارية للجليد، والقيمة 333.55 J/g للحرارة الكامنة لانصهار الجليد.

س١٩:

المعادن التي تتميَّز بتوصيلية حرارية عالية تتميَّز غالبًا بخاصية أخرى أيضًا، فما هي؟

  • أكثافة منخفضة
  • بتوصيلية كهربية منخفضة
  • جدرجة انصهار عالية
  • دمُعامِل مرونة مرتفع
  • همقاومة كهربية منخفضة

س٢٠:

أيُّ اختيار من الاختيارات الآتية يُمثِّل طريقة انتقال الحرارة التي تحدث بشكل رئيسي في المواد الصلبة؟

  • أالحمل
  • بالأشعة تحت الحمراء
  • جالانتقال الأفقي
  • دالانتشار
  • هالتوصيل

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.