Sıvılarda ve Gazlarda Ne Tür Isı Transferi Gerçekleşir?

Isı transferi üç ana mekanizma ile gerçekleşir: şiddetle titreşen moleküllerin enerjilerini daha düşük enerjili diğer moleküllere aktardığı iletim; bir akışkanın toplu hareketinin, termal enerjinin karışmasını ve dağıtımını destekleyen akımlara ve girdaplara neden olduğu konveksiyon; ve sıcak bir cismin elektromanyetik dalgalar yoluyla başka bir sisteme etki edebilen enerji yaydığı radyasyon. Konveksiyon ve iletim, sıvılarda ve gazlarda ısı transferinin en belirgin iki yöntemidir.

İletim tipik olarak katılarda meydana gelir. Elektrikli soba üstleri, bir tencere suyu kaynatmak için iletken ısı transferi kullanır: termal enerji, sıcak brülörden soğuk tencereye aktarılır ve suyun sıcaklığının artmasına neden olur. İletim, moleküllerin titreşimi nedeniyle gerçekleşir. Katı bir maddede, kafes benzeri yapılarda çok sıkı bir şekilde düzenlenmiş atomların uzayda hareket etme özgürlüğü çok azdır. Brülör ısındıkça metaldeki atomlar enerjileri arttıkça daha hızlı titreşmeye başlar. Soğuk su kabını brülöre yerleştirdiğinizde, bir sıcaklık gradyanı yaratırsınız - ısının akacağı bir yer. Enerji, sıcak şeylerden daha soğuk şeylere aktığından, brülörün titreşen atomları ısılarının bir kısmını su kabınızın metalini oluşturan atomlara aktarır. Bu, tencerenin atomlarının titreşmesine ve enerjilerini suya aktarmasına neden olur.

İletim katılarda daha yaygındır, ancak prensipte sıvılarda ve gazlarda olabilir - ve olur - çok iyi değil. Sıvıların molekülleri katılara göre daha büyük bir hareket özgürlüğüne sahip olduğundan, titreşen moleküllerin bir başkasıyla çarpışması ve sıvı boyunca enerji aktarması olasılığı daha düşüktür. Aslında hava o kadar zayıf bir iletken ki evleri yalıtmak için kullanılıyor. Bazı enerji tasarruflu pencereler, aralarında evin içi ile dışarıdaki soğuk hava arasında bir hava cebi oluşturan "hava boşlukları"na sahiptir. Hava ısıyı çok iyi iletmediği için, hava bu termal enerjinin dışarı çıkmasını zorlaştırdığından, evin içinde daha fazla ısı kalır.

Konveksiyon, ısının sıvılar ve gazlar yoluyla aktarılmasının açık ara en verimli ve yaygın yoludur. Bir sıvının bazı bölgeleri diğerlerinden daha fazla ısındığında ortaya çıkar ve sıvıda onu hareket ettiren akımların bu ısıyı daha eşit bir şekilde dağıtmasına neden olur. Kışın bir ev düşünün. Bodrum katı genellikle serinken tavan arasının her zaman çok sıcak olduğunu fark etmiş olabilirsiniz. Bunun nedeni, hava ısındığında hafifleşerek tavana doğru hareket etmesine neden olur. Soğuk hava çok daha ağırdır ve yere düşer. Sıcak hava tavana doğru hareket edip soğuk hava alçaldıkça bu iki hava türü çarpışarak karışarak sıcak koldan gelen ısıyı daha soğuk havaya aktarmak ve böylece ısıyı odaya dağıtmak.

Radyasyon, bir vücut elektromanyetik enerji yaymak için yeterince ısındığında meydana gelir. Güneş, ışınımsal ısı transferinin klasik bir örneğidir: uzayda çok uzaktadır, ancak ısısını hissetmeniz için yeterince sıcaktır. Bu ısıyı radyasyon nedeniyle hissedersiniz ve serin bir günde bile güneş ısınır. Elektromanyetik enerji boş uzayda hareket edebilir ve hedef nesnenin çok uzaklardan ısınmasına neden olabilir. Radyasyonlu ısı transferi sıvılarda ve gazlarda yaygın olarak meydana gelmez.