Kāda veida siltuma pārnese notiek šķidrumos un gāzēs?

Siltuma pārnešana notiek ar trim galvenajiem mehānismiem: vadīšanu, kur stingri vibrējošas molekulas pārnes savu enerģiju uz citām molekulām ar zemāku enerģiju; konvekcija, kurā šķidruma masas kustība izraisa straumes un virpuļus, kas veicina siltuma enerģijas sajaukšanos un sadalījumu; un starojums, kur karsts ķermenis izstaro enerģiju, kas var iedarboties uz citu sistēmu, izmantojot elektromagnētiskos viļņus. Konvekcija un vadīšana ir divas ievērojamākās siltuma pārneses metodes šķidrumos un gāzēs.

Vadīšana parasti notiek cietās daļās. Elektriskās plīts virsmas izmanto vadošu siltuma pārnesi, lai vārītu trauku ar ūdeni: siltuma enerģija tiek pārnesta no karstā degļa uz vēsu katlu, izraisot ūdens temperatūras paaugstināšanos. Vadīšana notiek molekulu vibrācijas dēļ. Cietā vielā atomiem, kas ļoti cieši izvietoti režģveida konstrukcijās, ir ļoti maz brīvības pārvietoties kosmosā. Dedzinātājam sakarst, atomi metālā sāk arvien straujāk vibrēt, jo to enerģija palielinās. Novietojot vēsu ūdens trauku uz degļa, jūs izveidojat temperatūras gradientu - vietu, kur siltums plūst. Tā kā enerģija plūst no karstām lietām uz vēsākām lietām, degļa vibrējošie atomi daļu siltuma pārnes uz atomiem, kas veido jūsu ūdens katla metālu. Tas liek katla atomiem vibrēt, pārnesot to enerģiju uz ūdeni.

Vadīšana ir biežāk sastopama cietajām vielām, bet principā tā var notikt un notiek arī šķidrumos un gāzēs, tikai ne pārāk labi. Tā kā šķidrumu molekulām ir lielāka kustības brīvība nekā cietās daļās, ir mazāka iespēja, ka vibrējošās molekulas saduras ar citu un pārnes enerģiju visā šķidrumā. Faktiski gaiss ir tik slikts vadītājs, ka to izmanto, lai palīdzētu siltināt mājas. Dažiem energoefektīviem logiem starp tiem ir "gaisa telpas", kas rada gaisa kabatu starp mājas iekšpusi un auksto ārējo gaisu. Tā kā gaiss slikti vada siltumu, mājās paliek vairāk siltuma, jo gaiss apgrūtina šīs siltumenerģijas nokļūšanu ārā.

Konvekcija ir visefektīvākais un izplatītākais veids, kā siltumu pārnest caur šķidrumiem un gāzēm. Tas notiek, kad daži šķidruma reģioni kļūst karstāki nekā citi, izraisot šķidruma straumes, kas to pārvieto, lai vienmērīgāk sadalītu šo siltumu. Padomājiet par māju ziemas laikā. Jūs, iespējams, pamanījāt, ka bēniņi vienmēr ir ļoti silti, savukārt pagrabā parasti ir vēss. Tas notiek tāpēc, ka, gaisam sakarstot, tas kļūst viegls, liekot tam virzīties uz augšu griestu virzienā. Aukstais gaiss ir daudz smagāks un nokrīt uz grīdas. Kad karstais gaiss virzās uz griestiem un nokrīt aukstais gaiss, šie divi gaisa veidi saduras un sajaucas, izraisot siltums no siltās rokas, lai pārietu uz vēsāku gaisu un tādējādi sadalītu siltumu visā telpā.

Radiācija notiek, kad ķermenis kļūst pietiekami karsts, lai izstarotu elektromagnētisko enerģiju. Saule ir klasisks izstarojošās siltuma pārneses piemērs: tā atrodas ļoti tālu kosmosā, taču tā ir pietiekami karsta, lai jūs varētu sajust tās siltumu. Jūs jūtat šo siltumu radiācijas dēļ, un pat vēsā dienā saule jūtas silta. Elektromagnētiskā enerģija var pārvietoties pa tukšo vietu un var izraisīt mērķa objekta sakaršanu no tālu. Radiatīvā siltuma pārnešana parasti nenotiek šķidrumos un gāzēs.