العزل الحراري هو عبارة عن الحد من انتقال الحرارة، أي التقليل من نقل الطاقة الحرارية بين الأجسام أثناء التلامس الحراري أو حتى في نطاق التأثير الإشعاعي، ويمكن تحقيق العزل الحراري بطرق أو عمليات هندسية خاصة، فالتدفق الحراري يحدث في الأساس كنتيجة حتمية للتلامس بين الأجسام ذات درجات الحرارة المختلفة، ولذلك يوفر العزل الحراري منطقة عزل منفصلة بحيث يتم إلغاء التوصيل الحراري أو ينعكس الإشعاع الحراري بدلًا من امتصاصه من خلال الجسم ذي درجة الحرارة القليلة ، ولتوضيح المزيد عما هو العزل الحراري تجدر الإشارة إلى أنّ القدرة العازلة للمادة يتم قياسها بعكس التوصيلية الحرارية، فالتوصيلية الحرارية المنخفضة تعادل القدرة العازلة العالية، وفي الهندسة الحرارية تتمثل العوامل البارزة الأخرى التي تؤثر في العزل في كثافة الجسم والسعة الحرارية المحددة له، ويتم إجراء العزل الحراري عن طريق تغليف مادة ذات توصيلية حرارية منخفضة بسمك آخر مرتفع، ويمكن أن يؤدي تقليل مساحة السطح المكشوف إلى تقليل انتقال الحرارة.
أسباب العزل الحراري
تجدر الإشارة إلى أنّه يتم تصنيف المواد على أنها مواد عازلة أو غيرها حسب للتوصيلية الكهربائية الخاصة بهم، ويمكن فهم أسباب حدوث العزل الحراري من الناحية الذرية، إذ يمكن أن تحتوي الإلكترونات الموجودة في الذرة على طاقات معينة محددة بشكل جيد، وحسب طاقاتها تشغل الإلكترونات مستويات طاقة محددة، ففي الذرة النموذجية يوجد الكثير من الإلكترونات، فتمتلئ مستويات الطاقة المنخفضة بموجب قاعدة ميكانيكية الكم المعروفة باسم مبدأ استبعاد باولي، وفي المواد الصلبة يكون عدد الذرات وبالتالي عدد المستويات كبيرًا جدًا، وتتداخل معظم مستويات الطاقة الأعلى بشكل مستمر باستثناء بعض النطاقات التي لا توجد فيها مستويات على الإطلاق، ويشار إلى المناطق التي ليس لها مستويات طاقة باسم فجوات النطاق.
إنّ أكبر مستويات طاقة تشغلها الإلكترونات هي مستويات التكافؤ، وفي المواد العازلة حراريًا، تملأ الإلكترونات مستويات التكافؤ بالكامل، ولا يمكن أن تتحرك الإلكترونات تحت تأثير مجال كهربائي إلا إذا أعطيت طاقة كافية لعبور مستويات الطاقة، وبالنسبة للعديد من المواد بما في ذلك المعادن، تميل مقاومة تدفق الشحنة إلى الزيادة مع درجة الحرارة، لذلك فإنّ مقاومة العوازل تقل بسرعة مع درجة الحرارة التي يتم استخدامها غالبًا في توضيح ما هو العزل الحراري وما هي التوصيلية الكهربائية، إذ تؤدي زيادة الطاقة الحرارية إلى ملء بعض الإلكترونات في مستويات الطاقة بحيث تخضع لتأثير المجال الكهربائي المتأثر بحقل كهربائي خارجي، فاختلاف الطاقة بين مستويات التكافؤ له تأثير قوي ينتج عنه العزل الحراري للكثير من المواد، لذلك فإن الماء النقي ليس عازل حراري إذ يتم فصل جزء صغير جدًا فقط من جزيئات الماء إلى أيونات.
المراجع
sotor.com
التصانيف
حرارة بناء العلوم التطبيقية