Hvilken type varmeoverførsel forekommer i væsker og gasser?

Varmeoverførsel sker ved tre hovedmekanismer: ledning, hvor streng vibrerende molekyler overfører deres energi til andre molekyler med lavere energi; konvektion, hvor væskens største bevægelse forårsager strømme og hvirvler, der fremmer blanding og distribution af termisk energi; og stråling, hvor et varmt legeme udsender energi, der kan virke på et andet system via elektromagnetiske bølger. Konvektion og ledning er de to mest fremtrædende metoder til varmeoverførsel i væsker og gasser.

Ledning forekommer typisk i faste stoffer. Elektriske komfurplader bruger ledende varmeoverførsel til at bringe en kande vand i kog: termisk energi overføres fra den varme brænder til den kølige krukke, hvilket får vandets temperatur til at stige. Ledning sker på grund af molekylernes vibrationer. I et fast stof har atomer, arrangeret meget tæt i gitterlignende strukturer, meget lidt frihed til at bevæge sig rundt i rummet. Når brænderen varmes op, begynder atomer i metallet at vibrere hurtigere og hurtigere, når deres energi stiger. Når du placerer den kølige gryde med vand på brænderen, skaber du en temperaturgradient - et sted, hvor varmen kan strømme til. Da energi strømmer fra varme ting til køligere ting, overfører brænderens vibrerende atomer noget af deres varme til de atomer, der udgør metallet i din vandkande. Dette får grydernes atomer til at vibrere og overfører deres energi til vandet.

Ledning er mere almindelig for faste stoffer, men i princippet kan - og sker - i væsker og gasser, bare ikke særlig godt. Fordi væskemolekylerne har større bevægelsesfrihed end i faste stoffer, er der mindre chance for, at vibrerende molekyler kolliderer med en anden og overfører energi gennem væsken. Faktisk er luft så dårlig leder, at den bruges til at hjælpe med at isolere hjem. Nogle energieffektive vinduer har "luftrum" mellem dem, der skaber en lomme luft mellem indersiden af ​​hjemmet og den kolde udeluft. Fordi luft ikke leder varme særlig godt, forbliver mere varme inde i hjemmet, da luften gør det vanskeligt for denne termiske energi at komme ud.

Konvektion er langt den mest effektive og almindelige måde, hvorpå varme overføres gennem væsker og gasser. Det sker, når nogle områder af en væske bliver varmere end andre, hvilket forårsager strømme i væsken, der bevæger den rundt for at fordele den varme mere jævnt. Tænk på et hus om vinteren. Du har måske bemærket, at loftet altid er meget varmt, mens kælderen typisk er kølig. Dette sker, fordi når luften opvarmes, bliver den lys og får den til at bevæge sig op mod loftet. Kold luft er meget tungere og falder på gulvet. Når den varme luft bevæger sig til loftet, og den kolde luft falder, kolliderer og blandes disse to typer luft og forårsager varmen fra den varme arm overføres til den køligere luft og fordeler dermed varmen gennem rummet.

Stråling opstår, når et legeme bliver varmt nok til at udsende elektromagnetisk energi. Solen er et klassisk eksempel på strålevarmeoverførsel: det er meget langt væk i rummet, men det er varmt nok til, at du kan føle varmen. Du føler denne varme på grund af stråling, og selv på en kølig dag føles solen varm. Elektromagnetisk energi kan bevæge sig gennem det tomme rum og kan få et målobjekt til at varme op langt væk. Strålevarmeoverførsel forekommer ikke almindeligt i væsker og gasser.