Hvilken type varmeoverføring skjer i væsker og gasser?

Varmeoverføring skjer ved tre hovedmekanismer: ledning, hvor streng vibrerende molekyler overfører energien til andre molekyler med lavere energi; konveksjon, hvor bulkbevegelsen av en væske forårsaker strøm og virvler som fremmer blanding og distribusjon av termisk energi; og stråling, der en varm kropp avgir energi som kan virke på et annet system via elektromagnetiske bølger. Konveksjon og ledning er de to mest fremtredende metodene for varmeoverføring i væsker og gasser.

Ledning forekommer vanligvis i faste stoffer. Elektriske komfyrtopper bruker ledende varmeoverføring for å koke en gryte med vann: termisk energi overføres fra den varme brenneren til den kjølige gryten, noe som får vanntemperaturen til å øke. Ledning skjer på grunn av vibrasjoner fra molekyler. I et fast stoff har atomer, arrangert veldig tett i gitterlignende strukturer, veldig liten frihet til å bevege seg i rommet. Når brenneren varmes opp, begynner atomene i metallet å vibrere raskere og raskere når energien øker. Når du plasserer den kule gryten med vann på brenneren, lager du en temperaturgradient - et sted for varmen å strømme til. Siden energi strømmer fra varme ting til kjøligere ting, overfører de vibrerende atomer på brenneren noe av varmen til atomene som utgjør metallet i vannkannen din. Dette får pottenes atomer til å vibrere og overføre energien til vannet.

Ledning er mer vanlig for faste stoffer, men i prinsippet kan det - og skjer - i væsker og gasser, bare ikke veldig bra. Fordi væskemolekylene har større bevegelsesfrihet enn i faste stoffer, er det mindre sjanse for at vibrerende molekyler kolliderer med en annen og overfører energi gjennom væsken. Luft er faktisk så dårlig ledere at den brukes til å isolere hjem. Noen energieffektive vinduer har "luftrom" mellom seg som skaper en lomme med luft mellom hjemmets indre og den kalde uteluften. Fordi luft ikke leder varmen veldig bra, forblir mer varme inne i huset siden luften gjør det vanskelig for denne termiske energien å komme seg ut.

Konveksjon er den klart mest effektive og vanlige måten å overføre varme gjennom væsker og gasser. Det oppstår når noen områder av en væske blir varmere enn andre, og forårsaker strømmer i væsken som beveger den rundt for å fordele den varmen jevnere. Tenk på et hus om vinteren. Du har kanskje lagt merke til at loftet alltid er veldig varmt mens kjelleren vanligvis er kult. Dette skjer fordi når luft varmes opp, blir den lett og får den til å bevege seg opp mot taket. Kald luft er mye tyngre og faller på gulvet. Når den varme luften beveger seg til taket og den kalde luften faller, kolliderer og blander disse to typer luft varmen fra den varme armen for å overføre til den kjøligere luften og dermed fordele varmen gjennom rommet.

Stråling oppstår når kroppen blir varm nok til å avgi elektromagnetisk energi. Solen er et klassisk eksempel på varmeoverføring: den er veldig langt borte i rommet, men den er varm nok til at du kan føle varmen. Du føler denne varmen på grunn av stråling, og til og med på en kjølig dag føles solen varm. Elektromagnetisk energi kan bevege seg gjennom tomt rom og føre til at et målobjekt varmes opp langt unna. Strålevarmeoverføring forekommer ofte ikke i væsker og gasser.