Minkä tyyppinen lämmönsiirto tapahtuu nesteissä ja kaasuissa?

Lämmönsiirto tapahtuu kolmella päämekanismilla: johtuminen, jossa tiukasti värisevät molekyylit siirtävät energiansa muihin molekyyleihin, joilla on pienempi energia; konvektio, jossa nesteen irtotavaraliikenne aiheuttaa virtauksia ja pyörteitä, jotka edistävät sekoittumista ja lämpöenergian jakautumista; ja säteily, jossa kuuma kappale lähettää energiaa, joka voi vaikuttaa toiseen järjestelmään sähkömagneettisten aaltojen kautta. Konvektio ja johtuminen ovat kaksi näkyvintä lämmönsiirtomenetelmää nesteissä ja kaasuissa.

Johtuminen tapahtuu tyypillisesti kiinteissä aineissa. Sähköliesi käyttää johtavaa lämmönsiirtoa vesipannun kiehumiseksi: lämpöenergia siirtyy kuumasta polttimesta viileään kattilaan, mikä aiheuttaa veden lämpötilan nousun. Johtuminen tapahtuu molekyylien värähtelyn takia. Kiinteässä aineessa atomilla, jotka on järjestetty hyvin tiiviisti ristikkomaisiin rakenteisiin, on hyvin vähän vapautta liikkua avaruudessa. Kun poltin lämpenee, metallin atomit alkavat värisemään yhä nopeammin, kun niiden energia kasvaa. Kun asetat viileän vesiastian polttimeen, luot lämpötilagradientin - paikan, jossa lämpö virtaa. Koska energia virtaa kuumista asioista viileämpiin asioihin, polttimen värähtelevät atomit siirtävät osan lämmöstä atomeihin, jotka muodostavat vesiastian metallin. Tämä saa potin atomit värisemään siirtäen energiansa veteen.

Johtuminen on yleisempää kiinteille aineille, mutta periaatteessa se voi tapahtua - ja tapahtuu - nesteissä ja kaasuissa, vain ei kovin hyvin. Koska nesteiden molekyyleillä on suurempi liikkumisvapaus kuin kiintoaineilla, on vähemmän mahdollisuuksia, että värisevät molekyylit törmäävät toiseen ja siirtävät energiaa koko nesteessä. Itse asiassa ilma on niin huono johdin, että sitä käytetään kodien eristämiseen. Joissakin energiatehokkaissa ikkunoissa on niiden välissä "ilmatilat", jotka luovat taskun ilmaa kodin sisäpuolen ja kylmän ulkoilman välille. Koska ilma ei johda lämpöä kovin hyvin, enemmän lämpöä pysyy kodin sisällä, koska ilma vaikeuttaa tämän lämpöenergian kulkemista ulos.

Konvektio on ylivoimaisesti tehokkain ja yleisin tapa siirtää lämpöä nesteiden ja kaasujen kautta. Se tapahtuu, kun jotkut nesteen alueet kuumenevat kuin toiset, aiheuttaen sitä ympäröivissä nesteessä virtaukset jakamaan lämmön tasaisemmin. Ajattele taloa talvella. Olet ehkä huomannut, että ullakko on aina erittäin lämmin, kun taas kellari on tyypillisesti viileä. Tämä tapahtuu, koska kun ilma lämpenee, se muuttuu kevyeksi, mikä saa sen liikkumaan kattoa kohti. Kylmä ilma on paljon raskaampaa ja putoaa lattialle. Kun kuuma ilma siirtyy kattoon ja kylmä ilma putoaa, nämä kaksi ilmaa törmäävät ja sekoittuvat aiheuttaen lämpimän käsivarren lämpö siirtyy viileämpään ilmaan ja jakaa siten lämmön koko huoneeseen.

Säteily tapahtuu, kun keho kuumenee tarpeeksi sähkömagneettisen energian lähettämiseksi. Aurinko on klassinen esimerkki säteilevästä lämmönsiirrosta: se on hyvin kaukana avaruudessa, mutta se on tarpeeksi kuuma, jotta voit tuntea sen lämmön. Tunnet tämän lämmön säteilyn takia, ja jopa viileänä päivänä aurinko tuntuu lämpimältä. Sähkömagneettinen energia voi kulkeutua tyhjän tilan läpi ja aiheuttaa kohdeobjektin kuumentumisen kaukaa. Säteilevää lämmönsiirtoa ei yleensä tapahdu nesteissä ja kaasuissa.