تعريف ظواهر النقل

دانييلا ناتالي دياز زيبيدا
مولودية في الهندسة الطبية الحيوية والفيزياء

يشير مصطلح ظاهرة النقل بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع من العمليات: نقل الزخم ونقل الطاقة والنقل الجماعي. تتضمن مجالات الدراسة الثلاثة الرئيسية، على التوالي، ديناميكيات الموائع، وانتقال الحرارة، وانتقال الكتلة للأنواع الكيميائية المختلفة.

تعد دراسة ظواهر النقل أمرًا أساسيًا لتطوير المجالات العلمية المختلفة، بما في ذلك الفيزياء والكيمياء والهندسة الميكانيكية والهندسة الكيميائية، من بين العديد من المجالات الأخرى. ومن الجدير بالذكر أن جميع ظواهر النقل تعتمد في سلوكها على قوانين الحفظ (المادة والطاقة).

نقل الزخم

يشير نقل الزخم إلى المواد المتحركة، وتحديدًا السوائل. ديناميكا الموائع هي المسؤولة عن دراسة هذه العمليات والتي تتناول المبادئ التي تتم بموجبها العملية. حركة الموائع تحت ظروف مختلفة مثل التدفق خلال الأنابيب، والاضطراب، والقنوات المفتوحة، وغيرها آحرون. تعتبر دراسة نقل الزخم مفيدة في تطبيقات مثل تصميم المركبات الهوائية والمركبات الأرضية، وحتى في الأنظمة البيولوجية مثل تدفق الدم في جسم الإنسان.

نقل الطاقة

ومن ناحية أخرى، يعد نقل الحرارة عملية أساسية تصف كيفية انتقال الطاقة على شكل حرارة من مكان إلى آخر. ويحدث هذا تحت ثلاث آليات رئيسية، وهي التوصيل والحمل الحراري والإشعاع. التوصيل هو نقل الحرارة في مادة صلبة ملامسة لأخرى، والحمل الحراري هو انتقال الحرارة من خلال حركة السوائل والإشعاع هو انتقال الحرارة عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية، مثل الموجات الدقيقة و الأشعة تحت الحمراء.

يعد فهم كيفية حدوث ظاهرة نقل الحرارة أمرًا ضروريًا في تطبيقات مثل تصميم المبادلات الحرارية، وأجهزة التدفئة أو التبريد في الغرفة، وأدوات المطبخ، وغيرها. آخرين كثر.

نقل الكتلة

يشير النقل الجماعي إلى الآلية التي تنتقل بها المادة من مكان إلى آخر ضمن نظام معين، إما عن طريق تغيير الطور أو عن طريق العمليات الكيميائية المعنية. وهنا يأتي انتشار المركبات أو الأنواع الكيميائية الأخرى، مثل الجزيئات أو الأيونات، ووصف التفاعلات التي تحدث في عمليات معينة، مثل العمليات الفسيولوجية وغيرها. يلعب النقل الجماعي دورًا مهمًا في عمليات الوحدة، والتي يتم تطبيقها في العمليات الصناعية، مثل الامتصاص والاستخلاص والتجفيف والتقطير.

يمكن دراسة ظواهر النقل تحت عدسة مكبرة من ثلاثة مستويات مختلفة، في إشارة إلى مقاييس مختلفة: العيانية والمجهرية والجزيئية. بدءًا من المستوى العياني، حيث يتم اقتراح المعادلات المعروفة بالتوازن، والتي تصف كيفية تأثر الزخم والطاقة والكتلة في النظام في ظل تغيير معين. يمكن أن يكون التغيير المذكور عبارة عن إدخال أو إزالة بعض العناصر، بسبب مدخلات المادة أو الطاقة أو التيارات الخارجية. تركز هذه الأرصدة على الاختلافات من الحالة الأولية إلى النقطة الزمنية التي حدثت فيها الحالة في العملية، مع ترك فهم جميع تفاصيل النظام جانبًا. تساعدنا دراسة ظواهر النقل على المستوى المجهري على فهم المشكلة من منظور عالمي، وفي بعض التطبيقات، مثل الهندسة، يكون هذا هو كل ما نحتاجه.

التالي هو المستوى المجهري، والذي يتم من خلاله فحص مناطق صغيرة داخل النظام، تنطبق هنا أيضًا المعادلات التي تصف التغير، ولكن فقط داخل منطقة صغيرة من يذاكر. الهدف من الدراسة على المستوى المجهري هو الحصول على معلومات أكثر تفصيلا من المستوى المجهري، مثل درجة الحرارة والضغط و ملفات تعريف التركيز، والتي يمكن استقراءها إلى مناطق أخرى للحصول على أشعة سينية أكثر تفصيلاً لل يذاكر. وأخيرا، يسعى المستوى الجزيئي إلى فهم ظواهر النقل بشكل أساسي، أي أي فهم آليات الكتلة والزخم والطاقة من حيث القوى والبنية جزيئي. يتم اعتماد هذه الأنواع من الدراسات في الفروع العلمية مثل الفيزياء النظرية والكيمياء الفيزيائية وفي بعض الأحيان الهندسة.

أمثلة التطبيق

تتضمن بعض تطبيقات دراسة ظواهر النقل حل الظواهر الصناعية والبيولوجية الزراعة والأرصاد الجوية، فلنتذكر إذن أن كل هذه العمليات تخضع لقوانين حفظ المادة و طاقة. يستخدم المهندسون والعلماء المتخصصون في هذا المجال من الدراسة المعادلات لنمذجة هذه الظواهر و التنبؤ بسلوكها في ظل ظروف مختلفة، بالإضافة إلى البحث عن طرق لتحسين العمليات التي تحكمها بالنسبة لهم. وبشكل أكثر تحديدًا، العمليات الصناعية مثل التقطير، وتجفيف الحبوب والأخشاب، وعمليات التخمير لإنتاج الأطعمة والمشروبات، معالجة المياه، والتعدين، وتكرير النفط، تم تطويرها جميعًا وما زالت تكتمل بفضل تطبيق ظواهر ينقل.