Vilken typ av värmeöverföring sker i vätskor och gaser?

Värmeöverföring sker med tre huvudmekanismer: ledning, där rigoröst vibrerande molekyler överför sin energi till andra molekyler med lägre energi; konvektion, där en vätskas stora rörelse orsakar strömmar och virvlar som främjar blandning och fördelning av termisk energi; och strålning, där en varm kropp avger energi som kan verka på ett annat system via elektromagnetiska vågor. Konvektion och ledning är de två mest framstående metoderna för värmeöverföring i vätskor och gaser.

Ledning sker vanligtvis i fasta ämnen. Elektriska spisar använder konduktiv värmeöverföring för att koka upp en vattenkanna: termisk energi överförs från den heta brännaren till den svala potten, vilket får vattentemperaturen att öka. Ledning sker på grund av molekylernas vibrationer. I en fast substans har atomer, ordnade mycket tätt i gitterliknande strukturer, mycket liten frihet att röra sig i rymden. När brännaren värms upp börjar atomerna i metallen att vibrera snabbare och snabbare när deras energi ökar. När du placerar den svala krukan med vatten på brännaren skapar du en temperaturgradient - en plats för värmen att strömma till. Eftersom energi flyter från heta saker till svalare saker, överför de vibrerande atomerna på brännaren en del av deras värme till atomerna som utgör metallen i din vattenkruka. Detta gör att grytans atomer vibrerar och överför energi till vattnet.

Ledning är vanligare för fasta ämnen, men i princip kan det - och gör det - i vätskor och gaser, inte särskilt bra. Eftersom vätskemolekylerna har större rörelsefrihet än i fasta ämnen är det mindre risk för att vibrerande molekyler kolliderar med en annan och överför energi genom vätskan. I själva verket är luften så dålig ledare att den används för att hjälpa till att isolera hem. Vissa energieffektiva fönster har "luftrum" mellan sig som skapar en luftficka mellan hemmets insida och den kalla utomhusluften. Eftersom luft inte leder värmen särskilt bra förblir mer värme inne i hemmet eftersom luften gör det svårt för denna termiska energi att ta sig ut.

Konvektion är överlägset det mest effektiva och vanliga sättet för överföring av värme genom vätskor och gaser. Det inträffar när vissa områden i en vätska blir varmare än andra, vilket orsakar strömmar i vätskan som rör den runt för att fördela värmen jämnare. Tänk på ett hus på vintern. Du kanske har märkt att vinden alltid är väldigt varm medan källaren vanligtvis är cool. Detta händer för att när luft värms upp blir den lätt och får den att röra sig upp mot taket. Kall luft är mycket tyngre och faller på golvet. När den heta luften rör sig till taket och den kalla luften faller, kolliderar dessa två typer av luft och blandar och orsakar värmen från den varma armen för att överföras till den svalare luften och därmed fördela värmen genom rummet.

Strålning uppstår när en kropp blir tillräckligt varm för att avge elektromagnetisk energi. Solen är ett klassiskt exempel på strålningsvärmeöverföring: det är väldigt långt borta i rymden, men det är tillräckligt varmt för att du ska känna sin värme. Du känner denna värme på grund av strålning, och även på en sval dag känns solen varm. Elektromagnetisk energi kan färdas genom tomt utrymme och kan orsaka att ett målobjekt värms upp långt borta. Strålningsvärmeöverföring förekommer inte ofta i vätskor och gaser.