איזה סוג של העברת חום מתרחש בנוזלים וגזים?

העברת חום מתרחשת על ידי שלושה מנגנונים עיקריים: הולכה, כאשר מולקולות רוטטות בקפדנות מעבירות את האנרגיה שלהם למולקולות אחרות בעלות אנרגיה נמוכה יותר; הסעה, שבה התנועה הגדולה של נוזל גורמת לזרמים ומערבולות המקדמים ערבוב והפצת אנרגיה תרמית; וקרינה, כאשר גוף חם פולט אנרגיה שיכולה לפעול על מערכת אחרת באמצעות גלים אלקטרומגנטיים. הסעה והולכה הן שתי השיטות הבולטות ביותר להעברת חום בנוזלים ובגזים.

הולכה מתרחשת בדרך כלל במוצקים. כיריים חשמליות משתמשות בהעברת חום מוליך כדי להביא לסיר מים לרתיחה: אנרגיה תרמית מועברת מהבערה החמה לסיר הקריר וגורמת לטמפרטורת המים לעלות. הולכה מתרחשת בגלל הרטט של מולקולות. בחומר מוצק לאטומים, המסודרים היטב מאוד במבנים דמויי סריג, יש מעט מאוד חופש להסתובב בחלל. כאשר המבער מתחמם, האטומים במתכת מתחילים לרטוט מהר יותר ויותר ככל שהאנרגיה שלהם עולה. כשאתה מניח את סיר המים הקריר על המבער, אתה יוצר שיפוע טמפרטורה - מקום שהחום יזרום אליו. מכיוון שאנרגיה זורמת מדברים חמים לדברים קרירים יותר, האטומים הרוטטים של המבער מעבירים את חלק מחומם לאטומים המרכיבים את מתכת סיר המים שלך. זה גורם לאטומי הסיר לרטוט, ולהעביר את האנרגיה שלהם למים.

הולכה שכיחה יותר למוצקים, אך באופן עקרוני היא יכולה - וקורה - בנוזלים ובגזים, פשוט לא טוב במיוחד. מכיוון שלמולקולות הנוזלים חופש תנועה גדול יותר מאשר במוצקים, יש פחות סיכוי שמולקולות רוטטות יתנגשו באחרת ותעביר אנרגיה בכל הנוזל. למעשה, האוויר הוא מוליך כל כך גרוע שהוא משמש לסייע בבידוד בתים. בחלק מהחלונות החסכוניים באנרגיה יש "חללי אוויר" שיוצרים כיס אוויר בין פנים הבית לאוויר החיצון הקר. מכיוון שאוויר אינו מוליך חום טוב מאוד, יותר חום נשאר בתוך הבית מכיוון שהאוויר מקשה על אנרגיה תרמית זו לפלס את דרכה החוצה.

הסעה היא ללא ספק הדרך היעילה והנפוצה ביותר להעברת חום דרך נוזלים וגזים. זה קורה כאשר אזורים מסוימים של נוזל מתחממים יותר מאחרים, מה שגורם לזרמים בנוזל שמזיזים אותו כדי להפיץ את החום בצורה אחידה יותר. תחשוב על בית בתקופת החורף. יתכן ששמתם כי עליית הגג תמיד חמה מאוד בזמן שהמרתף בדרך כלל קריר. זה קורה מכיוון שכאשר האוויר מתחמם, הוא הופך להיות קל וגורם לו לנוע כלפי מעלה לתקרה. אוויר קר הרבה יותר כבד ונופל על הרצפה. כאשר האוויר החם נע לתקרה והאוויר הקר נופל, שני סוגי האוויר הללו מתנגשים ומתערבבים וגורמים את החום מהזרוע החמה כדי להעביר לאוויר הקריר יותר וכך לחלק את החום בכל החדר.

קרינה מתרחשת כאשר הגוף מתחמם מספיק לפליטת אנרגיה אלקטרומגנטית. השמש היא דוגמה קלאסית להעברת חום מקרינה: היא רחוקה מאוד בחלל, אבל היא חמה מספיק כדי שתוכלו להרגיש את החום שלה. אתה מרגיש את החום הזה בגלל קרינה, ואפילו ביום קריר השמש מרגישה חמה. אנרגיה אלקטרומגנטית יכולה לנוע בחלל ריק ועלולה לגרום לאובייקט מטרה להתחמם מרחוק. העברת חום קרינתית אינה מתרחשת בדרך כלל בנוזלים ובגזים.