שלושה סוגים של העברות חום

העברת חום תופסת שדה הכולל מגוון רחב של פונקציות, החל בתהליכים פשוטים של חימום וקירור עצמים וכלה במושגים תרמודינמיים מתקדמים בפיזיקה תרמית. על מנת להבין כיצד משקה מתקרר בקיץ או כיצד חום עובר מהשמש לכדור הארץ, עליכם לתפוס את העקרונות הבסיסיים הללו של העברת חום ברמה בסיסית.

החוק השני של התרמודינמיקה קובע כי חום מועבר מאובייקט בטמפרטורה גבוהה יותר לזה של טמפרטורה נמוכה יותר. אטומי האנרגיה הגבוהים יותר (ובכך הטמפרטורה הגבוהה יותר) נעים לעבר אטומי האנרגיה הנמוכים יותר (טמפרטורה נמוכה יותר) על מנת לשמור על שיווי משקל (המכונה שיווי משקל תרמי). העברת חום מתרחשת על מנת לשמור על עיקרון זה כאשר אובייקט נמצא בטמפרטורה שונה מאובייקט אחר או סביבתו.

כאשר חלקיקי חומר נמצאים במגע ישיר, העברת חום באמצעות הולכה. האטומים הסמוכים של אנרגיה גבוהה יותר רוטטים זה בזה, המעבירים את האנרגיה הגבוהה יותר לאנרגיה נמוכה יותר, או לטמפרטורה גבוהה יותר לטמפרטורה נמוכה יותר. כלומר, אטומים בעוצמה גבוהה יותר ובחום גבוה יותר ירטטו, ובכך יעבירו את האלקטרונים לאזורים בעלי עוצמה נמוכה יותר וחום נמוך יותר. נוזלים וגזים מוליכים פחות ממוצקים (מתכות הם המוליכים הטובים ביותר) בשל העובדה שהם פחות צפופים, כלומר יש מרחק גדול יותר בין האטומים.

הסעה מתארת ​​העברת חום בין משטח לנוזל או גז בתנועה. ככל שהנוזל או הגז עוברים מהר יותר, העברת החום הסעתית גוברת. שני סוגים של הסעה הם הסעה טבעית והסעה מאולצת. בהסעה טבעית, תנועת נוזלים נובעת מהאטומים החמים בנוזל, כאשר האטומים החמים נעים כלפי מעלה לעבר האטומים הקרירים יותר באוויר - הנוזל נע בהשפעת כוח המשיכה. דוגמאות לכך כוללות עננים עולים של עשן סיגריות, או חום מכסה המנוע של מכונית העולה כלפי מעלה. בהסעה כפויה, הנוזל נאלץ לנוע על פני השטח על ידי מאוורר או משאבה או מקור חיצוני אחר.

קרינה (אין להתבלבל עם קרינה תרמית) מתייחסת להעברת חום דרך חלל ריק. צורה זו של העברת חום מתרחשת ללא אמצעי התערבות; קרינה עובדת אפילו בתוך ואקום מושלם. לדוגמה, אנרגיה מהשמש עוברת דרך חלל החלל לפני העברת החום מחממת את כדור הארץ.

העברת חום מהווה חלק בלתי נפרד מהחינוך במקצועות רלוונטיים, כמו בתכנית הלימודים בהנדסה כימית או מכנית. ייצור ו- HVAC (חימום, אוורור וקירור אוויר) הם דוגמאות לתעשיות הנשענות במידה רבה על תרמודינמיקה ועקרונות העברת חום. מדע תרמי ופיזיקה תרמית הם תחומי חינוך גבוהים יותר העוסקים בהעברת חום.