Prenos toplote zavzema področje, ki obsega širok spekter funkcij, od preprostih postopkov ogrevanja in hlajenja predmetov do naprednih termodinamičnih konceptov v termični fiziki. Da bi razumeli, kako se pijača poleti ohladi ali kako toplota potuje od sonca do Zemlje, morate na temeljni ravni razumeti ta osnovna načela prenosa toplote.
Drugi zakon termodinamike
Drugi zakon termodinamike pravi, da toplota prehaja s predmeta z višjo temperaturo na nižjo temperaturo. Atomi z višjo energijo (in s tem višja temperatura) se pomikajo proti nižjim atomom energije (nižja temperatura), da bi ohranili ravnotežje (znano kot toplotno ravnovesje). Prenos toplote se zgodi, da se ohrani to načelo, kadar ima predmet drugačno temperaturo od drugega predmeta ali njegove okolice.
Prenos toplote s prevodnostjo
Ko so delci snovi v neposrednem stiku, se toplota s pomočjo prevodnosti prenaša. Sosednji atomi višje energije vibrirajo drug proti drugemu, kar prenaša večjo energijo na nižjo energijo ali višjo temperaturo na nižjo temperaturo. Se pravi, da bodo atomi z večjo intenzivnostjo in višjo toploto vibrirali in s tem elektrone premaknili na območja z manjšo intenzivnostjo in nižjo toploto. Tekočine in plini so manj prevodni kot trdne snovi (kovine so najboljši prevodniki), ker so manj gosti, kar pomeni, da je večja razdalja med atomi.
Konvekcijski prenos toplote
Konvekcija opisuje prenos toplote med površino in tekočino ali plinom v gibanju. Ko tekočina ali plin potujeta hitreje, se konvektivni prenos toplote poveča. Dve vrsti konvekcije sta naravna in prisilna. Pri naravni konvekciji gibanje tekočine izhaja iz vročih atomov v tekočini, kjer se vroči atomi pomikajo navzgor proti hladnejšim atomom v zraku - tekočina se premika pod vplivom gravitacije. Primeri tega so naraščajoči oblaki cigaretnega dima ali toplote iz pokrova avtomobila, ki se dviga navzgor. Pri prisilni konvekciji je tekočina prisiljena po površini potovati ventilator ali črpalka ali kak drug zunanji vir.
Prenos toplote in sevanje
Sevanje (ki ga ne smemo zamenjati s toplotnim sevanjem) se nanaša na prenos toplote skozi prazen prostor. Ta oblika prenosa toplote se pojavi brez vmesnega medija; sevanje deluje tudi v popolnem vakuumu in skozi njega. Na primer, energija sonca potuje skozi vakuum prostora, preden prenos toplote ogreje Zemljo.
Prenos toplote je sestavni del izobraževanja pri ustreznih predmetih, na primer v kurikulumu kemijskega ali strojništva. Proizvodnja in HVAC (ogrevanje, prezračevanje in hlajenje zraka) sta primera panog, ki se močno zanašajo na termodinamiko in načela prenosa toplote. Termalna znanost in termična fizika sta višji izobraževalni področji, ki se ukvarjata s prenosom toplote.