Prijenos topline zauzima područje koje obuhvaća širok raspon funkcija, od jednostavnih procesa zagrijavanja i hlađenja predmeta do naprednih termodinamičkih koncepata u toplinskoj fizici. Da biste razumjeli kako se piće ljeti hladi ili kako toplina putuje od sunca do Zemlje, morate shvatiti ove osnovne principe prijenosa topline na temeljnoj razini.
Drugi zakon termodinamike
Drugi zakon termodinamike kaže da toplina prelazi s predmeta više temperature na temperaturu niže temperature. Atomi više energije (a time i viša temperatura) pomiču se prema atomima niže energije (niža temperatura) kako bi se održala ravnoteža (poznata kao toplinska ravnoteža). Prijenos topline događa se kako bi se održao ovaj princip kada je objekt na temperaturi različitoj od drugog predmeta ili njegove okoline.
Prijenos topline provođenjem
Kad su čestice tvari u izravnom kontaktu, prijenos topline se provodi pomoću vodljivosti. Susjedni atomi veće energije vibriraju jedni protiv drugih, što veću energiju prenosi na nižu, odnosno višu temperaturu na nižu. Odnosno, atomi većeg intenziteta i veće topline vibrirat će, premještajući tako elektrone u područja manjeg intenziteta i niže topline. Tekućina i plinovi su manje provodljivi od krutina (metali su najbolji vodiči) zbog činjenice da su manje gusti, što znači da postoji veća udaljenost između atoma.
Konvekcijski prijenos topline
Konvekcija opisuje prijenos topline između površine i tekućine ili plina u pokretu. Kako tekućina ili plin putuju brže, povećava se konvektivni prijenos topline. Dvije vrste konvekcije su prirodna i prisilna. U prirodnoj konvekciji kretanje fluida nastaje iz vrućih atoma u tekućini, gdje se vrući atomi kreću prema gore prema hladnijim atomima u zraku - fluid se kreće pod utjecajem gravitacije. Primjeri toga uključuju narasle oblake cigaretnog dima ili topline iz haube automobila koji se podiže prema gore. U prisilnoj konvekciji, tekućina je prisiljena putovati površinom pomoću ventilatora ili pumpe ili nekog drugog vanjskog izvora.
Prijenos topline i zračenje
Zračenje (koje se ne smije zamijeniti s toplinskim zračenjem) odnosi se na prijenos topline kroz prazan prostor. Ovaj oblik prijenosa topline događa se bez posrednog medija; zračenje djeluje čak i u savršenom vakuumu i kroz njega. Na primjer, energija sunca putuje kroz vakuum svemira prije nego što prijenos topline zagrije Zemlju.
Prijenos topline sastavni je dio obrazovanja iz relevantnih predmeta, kao što je kurikulum kemijskog ili strojarskog programa. Proizvodnja i HVAC (grijanje, ventilacija i hlađenje zrakom) primjeri su industrija koje se uvelike oslanjaju na termodinamiku i principe prijenosa topline. Termalna znanost i termalna fizika viša su područja obrazovanja koja se bave prijenosom topline.