Топлопредаването заема поле, което включва широк набор от функции, от опростените процеси на нагряване и охлаждане на обекти до усъвършенствани термодинамични концепции в термичната физика. За да разберете как една напитка се охлажда през лятото или как топлината преминава от слънцето към Земята, трябва да разберете тези основни принципи на топлопреминаване на основно ниво.
Втори закон на термодинамиката
Вторият закон на термодинамиката гласи, че топлината преминава от обект с по-висока температура към тази на по-ниска температура. Атомите с по-висока енергия (и по този начин по-висока температура) се придвижват към атомите с по-ниска енергия (по-ниска температура), за да поддържат равновесие (известно като термично равновесие). Преносът на топлина се осъществява, за да се запази този принцип, когато даден обект е с температура, различна от друг обект или околността му.
Пренос на топлина чрез проводимост
Когато частиците на материята са в пряк контакт, топлопренасянето се извършва чрез проводимост. Съседните атоми с по-висока енергия вибрират един срещу друг, което прехвърля по-високата енергия към по-ниската енергия или по-високата температура към по-ниската температура. Тоест атомите с по-висока интензивност и по-висока топлина ще вибрират, като по този начин електроните се преместват в области с по-нисък интензитет и по-ниска топлина. Течностите и газовете са по-малко проводими от твърдите вещества (металите са най-добрите проводници) поради факта, че те са по-малко плътни, което означава, че има по-голямо разстояние между атомите.
Конвекционен топлопренос
Конвекцията описва пренос на топлина между повърхността и течността или газа в движение. Тъй като течността или газът се движат по-бързо, конвективният топлообмен се увеличава. Два вида конвекция са естествената конвекция и принудителната конвекция. При естествената конвекция движението на флуида се получава от горещите атоми във флуида, където горещите атоми се движат нагоре към по-хладните атоми във въздуха - течността се движи под влиянието на гравитацията. Примери за това включват издигащите се облаци цигарен дим или топлина от капака на автомобила, който се издига нагоре. При принудителна конвекция течността се принуждава да се движи по повърхността от вентилатор или помпа или друг външен източник.
Топлообмен и радиация
Радиацията (да не се бърка с топлинната радиация) се отнася до пренос на топлина през празно пространство. Тази форма на пренос на топлина се осъществява без интервенционна среда; лъчението действа дори във и чрез перфектен вакуум. Например енергията от слънцето пътува през космическия вакуум, преди преносът на топлина да затопли Земята.
Топлопреносът е неразделна част от обучението по съответните предмети, например в учебната програма по химическо или машинно инженерство. Производството и ОВК (отопление, вентилация и въздушно охлаждане) са примери за индустрии, които разчитат силно на термодинамиката и принципите на пренос на топлина. Термалната наука и термичната физика са висши области на образование, които се занимават с пренос на топлина.