Přenos tepla zaujímá pole, které zahrnuje širokou škálu funkcí, od jednoduchých procesů ohřevu a chlazení předmětů až po pokročilé termodynamické koncepty v tepelné fyzice. Abyste pochopili, jak se nápoj v létě ochladí, nebo jak teplo prochází ze slunce na Zemi, musíte tyto základní principy přenosu tepla pochopit na základní úrovni.
Druhý zákon termodynamiky
Druhý zákon termodynamiky říká, že teplo se přenáší z objektu s vyšší teplotou na objekt s nižší teplotou. Atomy s vyšší energií (a tedy vyšší teplota) se pohybují směrem k atomům s nižší energií (nižší teplota), aby udržovaly rovnováhu (známou jako tepelná rovnováha). K přenosu tepla dochází, aby byl tento princip zachován, když má objekt jinou teplotu než jiný objekt nebo jeho okolí.
Přenos tepla vedením
Když jsou částice hmoty v přímém kontaktu, přenáší se teplo vedením. Sousední atomy vyšší energie vibrují proti sobě, což přenáší vyšší energii na nižší energii nebo vyšší teplotu na nižší teplotu. To znamená, že atomy s vyšší intenzitou a vyšším teplem budou vibrovat, čímž se elektrony přesunou do oblastí s nižší intenzitou a nižším teplem. Kapaliny a plyny jsou méně vodivé než pevné látky (kovy jsou nejlepší vodiče), protože jsou méně husté, což znamená, že mezi atomy je větší vzdálenost.
Konvekční přenos tepla
Konvekce popisuje přenos tepla mezi povrchem a kapalinou nebo plynem v pohybu. Jak tekutina nebo plyn cestuje rychleji, zvyšuje se konvekční přenos tepla. Dva typy konvekce jsou přirozená konvekce a nucená konvekce. Při přirozené konvekci je pohyb tekutiny výsledkem horkých atomů v tekutině, kde se horké atomy pohybují nahoru směrem k chladnějším atomům ve vzduchu - tekutina se pohybuje pod vlivem gravitace. Mezi příklady patří stoupající mraky cigaretového kouře nebo teplo z kapoty automobilu, které stoupá nahoru. Při nucené konvekci je kapalina nucena cestovat po povrchu ventilátorem nebo čerpadlem nebo jiným externím zdrojem.
Přenos tepla a záření
Záření (nezaměňovat s tepelným zářením) se týká přenosu tepla prázdným prostorem. K této formě přenosu tepla dochází bez zasahujícího média; záření funguje dokonce i v dokonalém vakuu. Například energie ze slunce prochází vakuem vesmíru, než přenos tepla zahřeje Zemi.
Přenos tepla je nedílnou součástí výuky v příslušných předmětech, například v učebních osnovách chemického nebo strojního inženýrství. Výroba a HVAC (vytápění, ventilace a chlazení vzduchem) jsou příklady průmyslových odvětví, která se spoléhají na termodynamiku a principy přenosu tepla. Termální věda a termální fyzika jsou vyššími vzdělávacími obory, které se zabývají přenosem tepla.