Kakšen prenos toplote se pojavi v tekočinah in plinih?

Prenos toplote poteka po treh glavnih mehanizmih: prevodnosti, kjer molekule, ki strogo vibrirajo, prenesejo svojo energijo na druge molekule z nižjo energijo; konvekcija, pri kateri gibanje tekočine v razsutem stanju povzroča tokove in vrtince, ki spodbujajo mešanje in distribucijo toplotne energije; in sevanje, kjer vroče telo oddaja energijo, ki lahko preko elektromagnetnih valov deluje na drug sistem. Konvekcija in prevodnost sta dva najpomembnejša načina prenosa toplote v tekočinah in plinih.

Prevajanje se običajno pojavi v trdnih snoveh. Električni štedilniki uporabljajo prevodni prenos toplote, da lonec vode zavre: toplotna energija se prenese iz vročega gorilnika v hladen lonec, zaradi česar se temperatura vode poveča. Prevajanje se zgodi zaradi vibracij molekul. V trdni snovi imajo atomi, ki so zelo tesno razporejeni v rešetkaste strukture, zelo malo svobode gibanja v vesolju. Ko se gorilnik segreje, začnejo atomi v kovini vse hitreje vibrirati, ko se njihova energija povečuje. Ko hladen lonec z vodo postavite na gorilnik, ustvarite temperaturni gradient - prostor za pretok toplote. Ker energija prehaja iz vročih stvari v hladnejše stvari, vibrirajoči atomi gorilnika prenesejo del svoje toplote na atome, ki tvorijo kovino vašega lonca z vodo. To povzroči, da atomi lonca zavibrirajo in svojo energijo prenesejo v vodo.

Prevajanje je pogostejše za trdne snovi, vendar se načeloma lahko - in tudi zgodi - v tekočinah in plinih, le ne zelo dobro. Ker imajo molekule tekočin večjo svobodo gibanja kot v trdnih snoveh, je manj možnosti, da bi vibracijske molekule trčile z drugo in prenašale energijo skozi tekočino. Pravzaprav je zrak tako slab prevodnik, da ga uporabljamo za izolacijo domov. Nekatera energetsko učinkovita okna imajo med seboj "zračne prostore", ki ustvarjajo žepek zraka med notranjostjo doma in hladnim zunanjim zrakom. Ker zrak toplote ne prenaša zelo dobro, več toplote ostane v domu, saj zrak tej toplotni energiji otežuje pot ven.

Konvekcija je daleč najučinkovitejši in najpogostejši način prenosa toplote skozi tekočine in pline. Pojavi se, ko se nekatera območja tekočine segrejejo več kot druga, kar povzroči, da se tokovi v tekočini, ki jo premikajo, enakomerneje porazdelijo. V zimskem času si omislite hišo. Morda ste opazili, da je podstrešje vedno zelo toplo, medtem ko je klet običajno hladna. To se zgodi, ker ko se zrak segreje, postane lahek, zaradi česar se premakne navzgor proti stropu. Hladen zrak je veliko težji in pade na tla. Ko se vroč zrak premika do stropa in hladen zrak pada, ti dve vrsti zraka trčita in se mešata, kar povzroča toploto iz tople roke, da se prenese v hladnejši zrak in s tem toploto porazdeli po prostoru.

Sevanje se pojavi, ko se telo segreje dovolj, da oddaja elektromagnetno energijo. Sonce je klasičen primer sevalnega prenosa toplote: zelo je daleč v vesolju, vendar je dovolj vroče, da lahko začutite njegovo toploto. To toploto čutite zaradi sevanja in tudi v hladnem dnevu je sonce toplo. Elektromagnetna energija lahko potuje skozi prazen prostor in povzroči, da se ciljni predmet segreje od daleč. Radiativni prenos toplote se pogosto ne pojavi v tekočinah in plinih.