Kakav se prijenos topline događa u tekućinama i plinovima?

Prijenos topline odvija se pomoću tri glavna mehanizma: provođenje, gdje rigorozno vibrirajuće molekule prenose svoju energiju na druge molekule s nižom energijom; konvekcija, pri kojoj skupno kretanje tekućine uzrokuje struje i vrtloge koji potiču miješanje i raspodjelu toplinske energije; i zračenje, gdje vruće tijelo emitira energiju koja može djelovati na drugi sustav putem elektromagnetskih valova. Konvekcija i provođenje dvije su najistaknutije metode prijenosa topline u tekućinama i plinovima.

Kondukcija se obično javlja u čvrstim tijelima. Ploče električnih štednjaka koriste vodljivi prijenos topline kako bi lonac vode proključao: toplinska energija se prenosi iz vrućeg plamenika u hladni lonac, zbog čega se temperatura vode povećava. Kondukcija se događa zbog vibracije molekula. U čvrstoj tvari atomi, smješteni vrlo čvrsto u rešetkaste strukture, imaju vrlo malo slobode kretanja u svemiru. Kako se plamenik zagrijava, atomi u metalu počinju vibrirati sve brže i brže kako im se energija povećava. Kada hladnu posudu s vodom stavite na plamenik, stvarate temperaturni gradijent - mjesto za toplinu. Budući da energija teče iz vrućih u hladnije stvari, vibracijski atomi plamenika prenose dio svoje topline na atome koji čine metal vašeg lonca s vodom. To uzrokuje da atomi posude vibriraju, prenoseći svoju energiju u vodu.

Provođenje je uobičajenije za krute tvari, ali u principu se može - i događa se - u tekućinama i plinovima, samo ne baš dobro. Budući da molekule tekućina imaju veću slobodu kretanja nego u čvrstim tijelima, manja je vjerojatnost da će se vibracijske molekule sudariti s drugom i prenijeti energiju kroz tekućinu. Zapravo je zrak toliko loš vodič da se koristi za izolaciju domova. Neki energetski učinkoviti prozori između sebe imaju "zračne prostore" koji stvaraju džep zraka između unutrašnjosti kuće i hladnog vanjskog zraka. Budući da zrak slabo provodi toplinu, više topline ostaje u kući jer zrak otežava prolazak ove toplinske energije van.

Konvekcija je daleko najučinkovitiji i najčešći način prijenosa topline kroz tekućine i plinove. Pojavljuje se kada se neka područja tekućine zagriju više od drugih, uzrokujući da struje u tekućini koje je pokreću ravnomjernije raspoređuju tu toplinu. Sjetite se kuće u zimsko doba. Možda ste primijetili da je u potkrovlju uvijek vrlo toplo, dok je u podrumu obično hladno. To se događa jer kad se zrak zagrije, postaje lagan, zbog čega se pomiče prema stropu. Hladni zrak je puno teži i pada na pod. Kako se vrući zrak pomiče do stropa, a hladni zrak pada, ove dvije vrste zraka sudaraju se i miješaju, uzrokujući toplinu iz tople ruke prenijeti na hladniji zrak i tako raspodijeliti toplinu po sobi.

Zračenje se događa kada se tijelo dovoljno zagrije da emitira elektromagnetsku energiju. Sunce je klasičan primjer zračenja prijenosa topline: vrlo je daleko u svemiru, ali dovoljno je vruće da osjetite njegovu toplinu. Ovu toplinu osjećate zbog zračenja, pa čak i u hladnom danu sunce se osjeća toplo. Elektromagnetska energija može putovati praznim prostorom i može uzrokovati zagrijavanje ciljnog objekta iz daleka. Radijacijski prijenos topline često se ne javlja u tekućinama i plinovima.