Hvilken type varmeoverførsel forekommer i væsker og gasser?

Varmeoverførsel sker ved tre hovedmekanismer: ledning, hvor strengt vibrerende molekyler overfører deres energi til andre molekyler med lavere energi; konvektion, hvor væskens massebevægelse forårsager strømme og eddier, som fremmer blanding og fordeling af termisk energi; og stråling, hvor en varm krop udsender energi, som kan virke på et andet system via elektromagnetiske bølger. Konvektion og ledning er de to mest fremtrædende metoder til varmeoverførsel i væsker og gasser.

Generel ledning

Ledning forekommer typisk i faste stoffer. Elektriske ovne toppe bruger ledende varmeoverførsel for at bringe en kedel vand til koge: Termisk energi overføres fra den varme brænder til den kolde gryde, hvilket får vandets temperatur til at stige. Ledningen sker på grund af molekylers vibrationer. I et fast stof har atomer, der er arrangeret meget tæt i gitterlignende strukturer, meget ringe frihed til at bevæge sig rundt i rummet. Når brænderen opvarmes, begynder atomererne i metal at vibrere hurtigere og hurtigere, da deres energi stiger. Når du placerer den kolde vandkande på brænderen, skaber du en temperaturgradient - et sted, hvor varmen skal flyde til. Da energi strømmer fra varme ting til køligere ting, overfører brænderens vibrerende atomer noget af deres varme til de atomer, der udgør metal i din vandkande. Dette forårsager at pottens atomer vibrerer og overfører deres energi til vandet.

Ledning i gasser og væsker

Ledning er mere almindelig for faste stoffer, men det kan i princippet - og gør - sker i væsker og gasser, bare ikke så godt. Fordi væskemolekylerne har større bevægelsesfrihed end i faste stoffer, er der mindre chance for, at vibrerende molekyler vil kollidere med en anden og overføre energi gennem væsken. Faktisk er luften sådan en dårlig leder, at den bruges til at hjælpe med at isolere hjem. Nogle energieffektive vinduer har "luftrum" mellem dem, der skaber en lomme i luften mellem indersiden af ​​hjemmet og den kolde udendørs luft. Fordi luft ikke opfører varme meget, forbliver mere varme inde i hjemmet, da luften gør det svært for denne termiske energi at gøre sin vej udenfor.

Konvektion

Konvektion er langt den mest effektiv og fælles måde at varme overføres gennem væsker og gasser. Det sker, når nogle områder af en væske bliver varmere end andre, hvilket forårsager strømme i væsken, der bevæger den rundt for at fordele denne varme jævnt. Tænk på et hus om vinteren. Du har måske bemærket, at loftet altid er meget varmt, mens kælderen typisk er cool. Dette sker, fordi når luften opvarmes, bliver den lys, så den bevæger sig op mod loftet. Kold luft er meget tungere og falder til gulvet. Da den varme luft flytter til loftet og den kolde luft falder, kolliderer og blander disse to typer luft, hvilket forårsager, at varmen fra den varme arm overføres til den køligere luft og dermed fordeler varmen gennem rummet.

Stråling

Stråling opstår, når en krop bliver varm nok til at udsende elektromagnetisk energi. Solen er et klassisk eksempel på radiativ varmeoverførsel: Det er meget langt væk i rummet, men det er varmt nok til at føle sin varme. Du føler denne varme på grund af stråling, og selv på en kølig dag føles solen varm. Elektromagnetisk energi kan rejse gennem tomt rum og kan forårsage, at et målobjekt opvarmer langt væk. Radiativ varmeoverførsel forekommer ikke almindeligt i væsker og gasser.