Aký typ prenosu tepla sa vyskytuje v kvapalinách a plynoch?

K prenosu tepla dochádza tromi hlavnými mechanizmami: vedením, kde dôsledne vibrujúce molekuly prenášajú svoju energiu na iné molekuly s nižšou energiou; konvekcia, pri ktorej hromadný pohyb kvapaliny spôsobuje prúdy a víry, ktoré podporujú miešanie a distribúciu tepelnej energie; a žiarenie, kedy horúce telo vysiela energiu, ktorá môže pôsobiť na iný systém prostredníctvom elektromagnetických vĺn. Konvekcia a vedenie sú dva najvýznamnejšie spôsoby prenosu tepla v kvapalinách a plynoch.

Vedenie sa zvyčajne vyskytuje v tuhých látkach. Elektrické sporáky používajú na prenos hrnca s vodou do varu vodivý prenos tepla: tepelná energia sa prenáša z horúceho horáka do chladného hrnca, čo spôsobuje zvýšenie teploty vody. K vodeniu dochádza z dôvodu vibrácií molekúl. V pevnej látke majú atómy usporiadané veľmi tesne v mriežkovitých štruktúrach veľmi malú slobodu pohybu v priestore. Keď sa horák zahrieva, atómy v kovu začnú vibrovať čoraz rýchlejšie so zvyšovaním ich energie. Keď na horák umiestnite chladný hrniec s vodou, vytvoríte teplotný gradient - miesto, kam bude prúdiť teplo. Pretože energia prúdi z horúcich vecí na chladnejšie, vibračné atómy horáka prenášajú časť svojho tepla na atómy, ktoré tvoria kov vašej nádoby s vodou. To spôsobí, že atómy hrnca vibrujú a prenesú tak svoju energiu do vody.

Vodivosť je bežnejšia pre tuhé látky, ale v zásade sa môže - a stáva - stať v kvapalinách a plynoch, len nie veľmi dobre. Pretože molekuly tekutín majú väčšiu voľnosť pohybu ako v tuhých látkach, je menšia šanca, že vibrujúce molekuly narazia do inej a prenesú energiu cez tekutinu. Vzduch je v skutočnosti taký zlý vodič, že sa používa na izoláciu domov. Niektoré energeticky efektívne okná majú medzi sebou „vzdušné priestory“, ktoré vytvárajú vzduchovú bublinu medzi vnútorným priestorom domu a studeným vonkajším vzduchom. Pretože vzduch nevedie teplo veľmi dobre, zostáva viac tepla vo vnútri domu, pretože vzduch sťažuje cestu tejto tepelnej energie von.

Konvekcia je zďaleka najefektívnejším a najbežnejším spôsobom prenosu tepla cez kvapaliny a plyny. Nastáva, keď sa niektoré oblasti kvapaliny zahrejú viac ako iné, čo spôsobí, že prúdy v tekutine, ktoré ju pohybujú, distribuujú toto teplo rovnomernejšie. Myslite na dom v zimnom období. Možno ste si všimli, že podkrovie je vždy veľmi teplé, zatiaľ čo suterény sú zvyčajne chladné. Stáva sa to preto, lebo keď sa vzduch zahreje, stane sa ľahkým, čo spôsobí, že sa bude pohybovať nahor k stropu. Studený vzduch je oveľa ťažší a padá na podlahu. Keď sa horúci vzduch presunie na strop a studený vzduch spadne, tieto dva typy vzduchu sa zrazia a zmiešajú teplo z teplého ramena sa prenáša na chladnejší vzduch a tým sa teplo distribuuje do celej miestnosti.

Žiarenie nastáva, keď sa telo dostatočne zahreje na to, aby emitovalo elektromagnetickú energiu. Slnko je klasickým príkladom prenosu sálavého tepla: je veľmi ďaleko vo vesmíre, ale je dostatočne horúce na to, aby ste cítili jeho teplo. Cítite toto teplo z dôvodu žiarenia a dokonca aj v chladný deň je na slnku teplo. Elektromagnetická energia môže prechádzať prázdnym priestorom a spôsobiť zahrievanie cieľového objektu z diaľky. Radiačný prenos tepla sa bežne nevyskytuje v kvapalinách a plynoch.