Transferul de căldură ocupă un domeniu care cuprinde o gamă largă de funcții, de la procesele simple de încălzire și răcire a obiectelor până la concepte termodinamice avansate în fizica termică. Pentru a înțelege cum se răcește o băutură vara sau cum se deplasează căldura de la soare la Pământ, trebuie să înțelegeți aceste principii de bază ale transferului de căldură la un nivel fundamental.
A doua lege a termodinamicii
A doua lege a termodinamicii afirmă că căldura se transferă de la un obiect cu o temperatură mai mare la cel al unei temperaturi mai scăzute. Atomii cu energie mai mare (și, prin urmare, temperatura mai ridicată) se deplasează spre atomii cu energie mai mică (temperatura mai mică) pentru a menține echilibrul (cunoscut sub numele de echilibru termic). Transferul de căldură are loc pentru a menține acest principiu atunci când un obiect se află la o temperatură diferită de un alt obiect sau de împrejurimile sale.
Transfer de căldură prin conducție
Când particulele de materie sunt în contact direct, căldura se transferă prin conducție. Atomii adiacenți de energie mai mare vibrează unul împotriva celuilalt, ceea ce transferă energia mai mare la energia inferioară sau temperatura mai mare la temperatura inferioară. Adică, atomii de intensitate mai mare și căldură mai mare vor vibra, mutând astfel electronii în zone cu intensitate mai mică și căldură mai mică. Fluidele și gazele sunt mai puțin conductive decât solidele (metalele sunt cei mai buni conductori) datorită faptului că sunt mai puțin dense, ceea ce înseamnă că există o distanță mai mare între atomi.
Transfer de căldură prin convecție
Convecția descrie transferul de căldură între o suprafață și un lichid sau gaz în mișcare. Pe măsură ce fluidul sau gazul se deplasează mai repede, transferul de căldură convectiv crește. Două tipuri de convecție sunt convecția naturală și convecția forțată. În convecția naturală, mișcarea fluidului rezultă din atomii fierbinți din fluid, unde atomii fierbinți se deplasează în sus către atomii mai reci din aer - fluidul se mișcă sub influența gravitației. Exemple în acest sens includ norii crescători de fum de țigară sau căldura de la capota unei mașini care se ridică în sus. În convecție forțată, fluidul este forțat să călătorească peste suprafață de un ventilator sau pompă sau de o altă sursă externă.
Transfer de căldură și radiații
Radiația (nu trebuie confundată cu radiația termică) se referă la transferul de căldură prin spațiul gol. Această formă de transfer de căldură are loc fără intermediar; radiația funcționează chiar și în vidul perfect. De exemplu, energia din soare călătorește prin vidul spațiului înainte ca transferul de căldură să încălzească Pământul.
Transferul de căldură face parte integrantă din educație în materii relevante, cum ar fi în programa de inginerie chimică sau mecanică. Producția și HVAC (încălzire, ventilare și răcire cu aer) sunt exemple de industrii care se bazează foarte mult pe termodinamică și principiile transferului de căldură. Știința termică și fizica termică sunt domenii superioare de educație care se ocupă cu transferul de căldură.