Какъв тип топлообмен се случва в течности и газове?

Топлопреносът се осъществява чрез три основни механизма: проводимост, при която строго вибриращите молекули пренасят енергията си към други молекули с по-ниска енергия; конвекция, при която обемното движение на течността причинява течения и вихри, които насърчават смесването и разпределението на топлинната енергия; и радиация, където горещо тяло излъчва енергия, която може да въздейства върху друга система чрез електромагнитни вълни. Конвекцията и проводимостта са двата най-известни метода за пренос на топлина в течности и газове.

Провеждането обикновено се случва в твърди вещества. Плотовете на електрическите печки използват проводящ пренос на топлина, за да доведат гърне с вода до кипене: топлинната енергия се прехвърля от горещата горелка към хладния съд, което води до повишаване на температурата на водата. Провеждането се случва поради вибрацията на молекулите. В твърдо вещество атомите, разположени много плътно в решетъчни структури, имат много малка свобода да се движат в пространството. С нагряването на горелката атомите в метала започват да вибрират все по-бързо и по-бързо, тъй като енергията им се увеличава. Когато поставите хладната тенджера с вода върху горелката, вие създавате температурен градиент - място, към което да тече топлината. Тъй като енергията преминава от горещи неща към по-студени неща, вибриращите атоми на горелката пренасят част от топлината си към атомите, които изграждат метала на вашата тенджера с вода. Това кара атомите на гърнето да вибрират, пренасяйки енергията си във водата.

Провеждането е по-често при твърдите вещества, но по принцип може да се случи - и се случва - в течности и газове, просто не много добре. Тъй като молекулите на течностите имат по-голяма свобода на движение, отколкото в твърдите вещества, има по-малка вероятност вибрационните молекули да се сблъскат с друга и да прехвърлят енергия през течността. Всъщност въздухът е толкова лош проводник, че се използва за изолация на домовете. Някои енергийно ефективни прозорци имат „въздушни пространства“ помежду си, които създават джоб с въздух между вътрешността на дома и студения външен въздух. Тъй като въздухът не води много добре топлината, повече топлина остава вътре в дома, тъй като въздухът затруднява тази топлинна енергия да си проправи път навън.

Конвекцията е най-ефективният и често срещан начин за пренос на топлина през течности и газове. Това се случва, когато някои региони на течността се нагреят повече от други, причинявайки течения в течността, които я движат, за да разпределят тази топлина по-равномерно. Помислете за къща през зимата. Може би сте забелязали, че таванското помещение винаги е много топло, докато мазето обикновено е хладно. Това се случва, защото когато въздухът се нагрява, той става лек, което го кара да се движи нагоре към тавана. Студеният въздух е много по-тежък и пада на пода. Докато горещият въздух се придвижва към тавана и студеният въздух пада, тези два вида въздух се сблъскват и смесват, причинявайки топлината от топлото рамо, за да се пренесе към по-хладния въздух и по този начин разпределя топлината в цялата стая.

Радиацията възниква, когато тялото се нагрее достатъчно, за да излъчи електромагнитна енергия. Слънцето е класически пример за радиационен топлопренос: той е много далеч в космоса, но е достатъчно горещ, за да усетите топлината му. Усещате тази топлина заради радиацията и дори в хладен ден слънцето се чувства топло. Електромагнитната енергия може да пътува през празното пространство и да накара целевия обект да се нагрее отдалеч. Радиативният топлообмен не се среща често в течности и газове.