Transferul de căldură are loc prin trei mecanisme principale: conducerea, unde moleculele care vibrează riguros își transferă energia către alte molecule cu energie mai mică; convecție, în care mișcarea în vrac a unui fluid provoacă curenți și vârtejuri care favorizează amestecarea și distribuția energiei termice; și radiații, unde un corp fierbinte emite energie care poate acționa asupra unui alt sistem prin unde electromagnetice. Convecția și conducerea sunt cele mai importante două metode de transfer de căldură în lichide și gaze.
Conducere generală
Conducerea are loc de obicei în solide. Blaturile electrice folosesc un transfer conductiv de căldură pentru a aduce o oală cu apă la fierbere: energia termică este transferată de la arzătorul fierbinte la oala rece, determinând creșterea temperaturii apei. Conducerea se întâmplă din cauza vibrației moleculelor. Într-o substanță solidă, atomii, dispuși foarte strâns în structuri asemănătoare rețelelor, au foarte puțină libertate de a se deplasa în spațiu. Pe măsură ce arzătorul se încălzește, atomii din metal încep să vibreze din ce în ce mai repede pe măsură ce energia lor crește. Când așezați oala rece de apă pe arzător, creați un gradient de temperatură - un loc în care să curgă căldura. Deoarece energia curge de la lucruri fierbinți la lucruri mai reci, atomii vibrați ai arzătorului transferă o parte din căldura lor către atomii care alcătuiesc metalul vasului dvs. de apă. Acest lucru face ca atomii ghiveciului să vibreze, transferându-și energia în apă.
Conducerea în gaze și lichide
Conducerea este mai comună solidelor, dar, în principiu, se poate întâmpla - și se întâmplă - în lichide și gaze, doar că nu prea bine. Deoarece moleculele fluidelor au o libertate de mișcare mai mare decât în solid, există mai puține șanse ca moleculele vibratoare să se ciocnească cu altele și să transfere energie în fluid. De fapt, aerul este un conductor atât de slab încât este folosit pentru a ajuta la izolarea locuințelor. Unele ferestre eficiente din punct de vedere energetic au între ele „spații de aer” care creează un buzunar de aer între interiorul casei și aerul rece din exterior. Deoarece aerul nu conduce căldura foarte bine, mai multă căldură rămâne în casă, deoarece aerul îngreunează această energie termică să se îndrepte spre exterior.
Convecție
Convecția este de departe cea mai eficientă și obișnuită modalitate de a transfera căldura prin lichide și gaze. Apare atunci când unele regiuni ale unui fluid devin mai fierbinți decât altele, provocând curenții din fluid care îl deplasează în jurul său pentru a distribui căldura mai uniform. Gândiți-vă la o casă în timpul iernii. Este posibil să fi observat că mansarda este întotdeauna foarte caldă, în timp ce subsolul este de obicei rece. Acest lucru se întâmplă deoarece atunci când aerul se încălzește, devine luminos, determinându-l să se deplaseze în sus către tavan. Aerul rece este mult mai greu și cade pe podea. Pe măsură ce aerul fierbinte se deplasează către tavan și aerul rece cade, aceste două tipuri de aer se ciocnesc și se amestecă, provocând căldura de la brațul cald pentru a se transfera în aerul mai rece și distribuind astfel căldura prin cameră.
Radiații
Radiația apare atunci când un corp se încălzește suficient pentru a emite energie electromagnetică. Soarele este un exemplu clasic de transfer de căldură radiativă: este foarte departe în spațiu, dar este suficient de fierbinte pentru a-ți simți căldura. Simțiți această căldură din cauza radiațiilor și chiar și într-o zi răcoroasă soarele se simte cald. Energia electromagnetică poate călători prin spațiul gol și poate provoca încălzirea unui obiect țintă de departe. Transferul radiativ de căldură nu are loc în mod obișnuit în lichide și gaze.