Värmeöverföring upptar ett fält som omfattar ett brett spektrum av funktioner, från enkla processer för objektuppvärmning och kylning till avancerade termodynamiska begrepp inom termisk fysik. För att förstå hur en dryck svalnar på sommaren eller hur värmen går från solen till jorden måste du förstå dessa grundläggande principer för värmeöverföring på en grundläggande nivå.
Andra termodynamiklagen
Den andra lagen om termodynamik säger att värme överförs från ett objekt med högre temperatur till en lägre temperatur. De högre energeatomerna (och därmed högre temperaturen) rör sig mot de lägre energeatomerna (lägre temperatur) för att upprätthålla jämvikt (känd som termisk jämvikt). Värmeöverföring sker för att upprätthålla denna princip när ett objekt har en annan temperatur än ett annat objekt eller dess omgivning.
Värmeöverföring genom ledning
När partiklar av materia är i direktkontakt överförs värme med ledning. De intilliggande atomerna med högre energi vibrerar mot varandra, vilket överför högre energi till lägre energi eller högre temperatur till lägre temperatur. Det vill säga atomer med högre intensitet och högre värme kommer att vibrera och därigenom förflytta elektronerna till områden med lägre intensitet och lägre värme. Vätskor och gaser är mindre ledande än fasta ämnen (metaller är de bästa ledarna) på grund av att de är mindre täta, vilket innebär att det finns ett större avstånd mellan atomer.
Konvektionsvärmeöverföring
Konvektion beskriver värmeöverföring mellan en yta och en vätska eller gas i rörelse. När vätskan eller gasen rör sig snabbare ökar den konvektiva värmeöverföringen. Två typer av konvektion är naturlig konvektion och tvungen konvektion. Vid naturlig konvektion uppstår flytande rörelse från de heta atomerna i vätskan, där de heta atomerna rör sig uppåt mot de kallare atomerna i luften - vätskan rör sig under påverkan av tyngdkraften. Exempel på detta är de stigande molnen av cigarettrök eller värme från huven på en bil som stiger uppåt. Vid tvungen konvektion tvingas vätskan att röra sig över ytan av en fläkt eller pump eller någon annan extern källa.
Värmeöverföring och strålning
Strålning (inte förväxlas med termisk strålning) avser överföring av värme genom tomt utrymme. Denna form av värmeöverföring sker utan ett mellanliggande medium; strålning fungerar även i och genom ett perfekt vakuum. Till exempel reser energi från solen genom rymdets vakuum innan värmeöverföringen värmer jorden.
Värmeöverföring utgör en integrerad del av utbildningen i relevanta ämnen, till exempel i läroplanen för kemi- eller maskinteknik. Tillverkning och HVAC (uppvärmning, ventilation och luftkylning) är exempel på industrier som är starkt beroende av termodynamik och principer för värmeöverföring. Termovetenskap och termisk fysik är högre utbildningsområden som behandlar värmeöverföring.