Mis tüüpi soojusülekanne toimub vedelikes ja gaasides?

Soojusülekanne toimub kolme peamise mehhanismi abil: juhtivus, kus rangelt vibreerivad molekulid kannavad oma energia teistele madalama energiaga molekulidele; konvektsioon, mille korral vedeliku massiline liikumine põhjustab voolu ja pööriseid, mis soodustavad segunemist ja soojusenergia jaotumist; ja kiirgus, kus kuum keha kiirgab energiat, mis võib elektromagnetlainete kaudu mõjuda teisele süsteemile. Konvektsioon ja juhtivus on kaks silmapaistvamat vedeliku ja gaasi soojusülekande meetodit.

Juhtivus toimub tavaliselt tahketes ainetes. Elektripliidiplaadid kasutavad veekannu keemiseni juhtivat soojusülekannet: soojusenergia kandub kuumast põletist jahedasse potti, põhjustades vee temperatuuri tõusu. Juhtivus toimub molekulide vibratsiooni tõttu. Tahkes aines on aatomitel, mis on väga tihedalt paiknenud võre moodi struktuurides, vabadus ruumis liikumiseks väga vähe. Põleti soojenemisel hakkavad metalli aatomid nende energia suurenedes üha kiiremini vibreerima. Kui asetate laheda veekannu põletile, loote temperatuuri gradiendi - koha, kuhu soojus voolab. Kuna energia voolab kuumadest asjadest jahedamate asjade juurde, kannavad põleti vibreerivad aatomid osa oma soojusest aatomitele, mis moodustavad teie veekannu metalli. See paneb poti aatomid vibreerima, kandes nende energia vette.

Juhtivus on tavalisem tahketel ainetel, kuid põhimõtteliselt võib see juhtuda - ja juhtubki - vedelikes ja gaasides, lihtsalt mitte eriti hästi. Kuna vedelike molekulidel on suurem liikumisvabadus kui tahkistel, on väiksem võimalus, et vibreerivad molekulid põrkuvad kokku teisega ja kannavad energiat kogu vedelikus. Tegelikult on õhk nii halb juht, et seda kasutatakse kodude soojustamiseks. Mõnes energiasäästlikus aknas on nende vahel "õhuruumid", mis loovad kodu taseme ja külma välisõhu vahele õhutasku. Kuna õhk ei juhi soojust eriti hästi, jääb koju rohkem soojust, kuna õhk raskendab selle soojusenergia väljasõitu.

Konvektsioon on ülekaalukalt kõige tõhusam ja levinum viis soojuse ülekandmiseks vedelike ja gaaside kaudu. See juhtub siis, kui vedeliku mõned piirkonnad muutuvad kuumaks kui teised, põhjustades vedeliku voolud, mis seda ringi liigutavad, seda soojust ühtlasemalt jaotama. Mõelge majast talveperioodil. Võib-olla olete märganud, et pööning on alati väga soe, samas kui kelder on tavaliselt jahe. See juhtub seetõttu, et kui õhk soojeneb, muutub see kergeks, mistõttu see liigub ülemmäära poole. Külm õhk on palju raskem ja langeb põrandale. Kui kuum õhk liigub lakke ja külm õhk langeb, põrkuvad ja segunevad need kaks õhu tüüpi, põhjustades sooja käe soojus, et see kanduks jahedamasse õhku ja jaotaks seega soojust kogu ruumis.

Kiirgus tekib siis, kui keha muutub elektromagnetilise energia eraldamiseks piisavalt kuumaks. Päike on klassikaline näide kiirguslikust soojusülekandest: see on kosmoses väga kaugel, kuid on piisavalt kuum, et saaksite oma soojust tunda. Seda kuumust tunnete kiirguse tõttu ja isegi jahedal päeval tunneb päike sooja. Elektromagnetiline energia võib liikuda läbi tühja ruumi ja võib sihtobjekti kaugelt soojeneda. Radiatiivset soojusülekannet vedelikes ja gaasides tavaliselt ei toimu.