يشير التوصيل إلى نقل الطاقة من خلال حركة الجسيمات التي تتلامس مع بعضها البعض، في الفيزياء. تُستخدم كلمة “التوصيل” لوصف ثلاثة أنواع مختلفة من السلوك، والتي يتم تحديدها حسب نوع الطاقة التي يتم نقلها:
- التوصيل الحراري. هو نقل الطاقة من مادة أكثر دفئًا إلى مادة أكثر برودة من خلال الاتصال المباشر، مثل لمس شخص لمقبض مقلاة معدنية ساخنة.
- التوصيل الكهربائي هو نقل الجسيمات المشحونة كهربائيًا عبر وسيط، مثل انتقال الكهرباء عبر خطوط الطاقة في منزلك.
- التوصيل الصوتي. هو نقل الموجات الصوتية عبر وسيط، مثل الاهتزازات من الموسيقى الصاخبة التي تمر عبر الحائط.
تسمى المادة التي توفر توصيلًا جيدًا بالموصل، بينما تسمى المادة التي توفر توصيلًا ضعيفًا بالعازل.
توصيل الحرارة.
يمكن فهم التوصيل الحراري، على المستوى الذري، كجسيمات تنقل طاقة حرارية ماديًا عندما تتلامس جسديًا مع الجسيمات المجاورة. هذا مشابه لتفسير الحرارة من خلال النظرية الحركية للغازات، على الرغم من أن انتقال الحرارة داخل الغاز أو السائل يشار إليه عادة بالحمل الحراري.
يُطلق على معدل انتقال الحرارة بمرور الوقت تيار الحرارة، ويتم تحديده من خلال الموصلية الحرارية للمادة. وهي كمية تشير إلى سهولة إجراء الحرارة داخل المادة.
على سبيل المثال، إذا تم تسخين قضيب حديدي في أحد طرفيه، فإن الحرارة تُفهم ماديًا على أنها اهتزاز ذرات الحديد الفردية داخل القضبان. تهتز الذرات الموجودة على الجانب الأكثر برودة من الشريط بطاقة أقل.
عندما تهتز الجسيمات النشطة، فإنها تتلامس مع ذرات الحديد المجاورة وتنقل بعض طاقتها إلى ذرات الحديد الأخرى. بمرور الوقت، يفقد الطرف الساخن للقضيب الطاقة ويكتسب الطرف البارد للقضيب الطاقة, حتى يصبح القضيب بأكمله بنفس درجة الحرارة. هذه حالة تعرف بالتوازن الحراري.
عند التفكير في نقل الحرارة، على الرغم من ذلك، فإن المثال أعلاه يفتقد إلى نقطة مهمة واحدة: القضيب الحديدي ليس نظامًا معزولًا. بمعنى آخر، لا يتم نقل كل الطاقة من ذرة الحديد المسخنة بالتوصيل إلى ذرات الحديد المجاورة.
ما لم يتم تعليقه بواسطة عازل في غرفة مفرغة. يكون القضيب الحديدي أيضًا على اتصال جسدي بطاولة أو سندان أو أي شيء آخر، كما أنه يتلامس مع الهواء المحيط به.
عندما تتلامس جزيئات الهواء مع القضيب المعدني، فإنها أيضًا ستكتسب الطاقة وتحملها بعيدًا عنه. (على الرغم من أنها بطيئة، لأن الموصلية الحرارية للهواء غير المتحرك صغيرة جدًا).
كما أن القضيب ساخن جدًا لدرجة أنه يتوهج، مما يعني أنه يشع بعضًا من طاقته الحرارية على شكل ضوء. هذه طريقة أخرى تفقد فيها الذرات المهتزة طاقتها. إذا تم ترك القضيب بمفرده، فسوف يبرد في النهاية ويصل إلى التوازن الحراري مع الهواء المحيط.
التوصيل الكهربائي.
يحدث التوصيل الكهربائي عندما تسمح المادة بمرور تيار كهربائي خلالها. يعتمد ما إذا كان هذا ممكنًا على البنية الفيزيائية لكيفية ارتباط الإلكترونات بالمادة ومدى سهولة إطلاق الذرات لإلكتروناتها الخارجية إلى الذرات المجاورة.
يتم تسمية الدرجة التي تمنع بها المادة توصيل التيار الكهربائي بالمقاومة الكهربائية للمادة. بعض المواد، عند تبريدها إلى الصفر المطلق تقريبًا، تفقد كل المقاومة الكهربائية وتسمح للتيار الكهربائي بالتدفق من خلالها دون فقدان للطاقة. يتم تسمية هذه المواد بالموصلات الفائقة.
توصيل الصوت.
يتم إنشاء الصوت جسديًا عن طريق الاهتزازات، لذلك ربما يكون أوضح مثال على التوصيل. يتسبب الصوت في اهتزاز الذرات الموجودة داخل مادة أو سائل أو غاز ونقل الصوت أو توصيله عبر المادة.
العازل الصوتي عبارة عن مادة لا تهتز ذراتها الفردية بسهولة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في عزل الصوت.