Prenos tepla zaberá pole, ktoré obsahuje širokú škálu funkcií, od jednoduchých procesov ohrievania a ochladzovania objektov až po pokročilé termodynamické koncepcie v tepelnej fyzike. Aby ste pochopili, ako nápoj v lete ochladzuje alebo ako teplo prechádza zo slnka na Zem, musíte tieto základné princípy prenosu tepla pochopiť na základnej úrovni.
Druhý zákon termodynamiky
Druhý zákon termodynamiky hovorí, že teplo sa prenáša z objektu s vyššou teplotou na objekt s nižšou teplotou. Atómy vyššej energie (a teda vyššia teplota) sa pohybujú smerom k atómom nižšej energie (nižšia teplota), aby sa udržala rovnováha (známa ako tepelná rovnováha). K prenosu tepla dochádza z dôvodu zachovania tohto princípu, keď má objekt inú teplotu ako iný objekt alebo jeho okolie.
Prenos tepla vedením
Keď sú častice hmoty v priamom kontakte, teplo sa prenáša vedením. Susedné atómy vyššej energie vibrujú jeden proti druhému, čo prenáša vyššiu energiu na nižšiu energiu alebo vyššiu teplotu na nižšiu teplotu. To znamená, že atómy vyššej intenzity a vyššieho tepla budú vibrovať, čím sa elektróny presunú do oblastí s nižšou intenzitou a nižšou teplotou. Tekutiny a plyny sú menej vodivé ako tuhé látky (kovy sú najlepšími vodičmi), pretože sú menej husté, čo znamená, že medzi atómami je väčšia vzdialenosť.
Konvekčný prenos tepla
Konvekcia popisuje prenos tepla medzi povrchom a kvapalinou alebo plynom v pohybe. Keď tekutina alebo plyn cestujú rýchlejšie, zvyšuje sa konvekčný prenos tepla. Dva typy konvekcie sú prirodzená konvekcia a nútená konvekcia. V prírodnej konvekcii je pohyb tekutiny výsledkom horúcich atómov v tekutine, kde sa horúce atómy pohybujú nahor smerom k chladnejším atómom vo vzduchu - tekutina sa pohybuje pod vplyvom gravitácie. Patria sem napríklad stúpajúce oblaky cigaretového dymu alebo teplo z kapoty automobilu, ktoré stúpa nahor. Pri nútenej konvekcii je kvapalina nútená cestovať po povrchu ventilátorom alebo čerpadlom alebo iným externým zdrojom.
Prenos tepla a žiarenie
Žiarenie (nezamieňané s tepelným žiarením) sa vzťahuje na prenos tepla cez prázdny priestor. Táto forma prenosu tepla nastáva bez zasahujúceho média; žiarenie funguje dokonca aj v dokonalom vákuu. Napríklad energia zo slnka cestuje cez vákuum vesmíru predtým, ako prenos tepla zahreje Zem.
Prenos tepla je neoddeliteľnou súčasťou vzdelávania v príslušných predmetoch, napríklad v učebných osnovách chemického alebo strojárskeho priemyslu. Výroba a HVAC (vykurovanie, vetranie a chladenie vzduchom) sú príkladmi priemyselných odvetví, ktoré sa vo veľkej miere spoliehajú na termodynamiku a princípy prenosu tepla. Tepelná veda a tepelná fyzika sú vyššie študijné odbory, ktoré sa zaoberajú prenosom tepla.