روش های انتقال حرارت

هدایت یا رسانش

هدایت زمانی اتفاق می افتد که دو شی در دماهای مختلف در تماس با یکدیگر هستند. گرما از گرما به جسم داغتر جریان می یابد تا زمانی که هر دو در همان دما قرار بگیرند. هدایت حرکت گرما از طریق یک ماده توسط برخورد مولکول ها است. در جایی که دو لمس را لمس می کنید، مولکول های سریع تر حرکت شی گرما با مولکول های حرکت کندتر از شی سردتر برخورد می کنند.

وقتی که آنها برخورد می کنند، مولکول های سریع تر برخی از انرژی خود را به مولکول های آهسته تر می اندازند. مولکول های کندتر انرژی بیشتری به دست می آورند و با مولکول های دیگر در جسم خنک کننده برخورد می کنند. این فرآیند تا زمانی ادامه می یابد که انرژی گرما از شی گرمایش در سراسر جسم خنک پخش شود. بعضی از مواد گرما راحت تر از دیگران است. جامدات هادی بهتر از مایعات هستند و مایعات هادی بهتر از گازها هستند.

فلزات هدایت گرما بسیار خوبی هستند، در حالی که هوا هدایت گرما بسیار خوبی است. هر زمان که چیزی را که داغتر یا سردتر از پوست شما است لمس کنید، انتقال حرارت را با هدایت تجربه می کنید. هنگامی که دستان خود را در آب گرم یا سرد بشویید.

جابجایی حرارت رسانش

یک تصویر حرارتی مادون قرمز از یک فنجان قهوه پر از یک مایع گرم. توجه داشته باشید که حلقه های رنگ گرما را از مایع داغ از طریق جام فلزی منتقل می کنند. شما می توانید این را در قاشق فلز نیز ببینید. این نمونه خوبی از هدایت است.

همرفت

در مایعات و گازها، انتقال حرارت معمولا کارآمدترین روش انتقال گرما است. جابجایی رخ می دهد زمانی که مناطق گرم و یا مایع یا گاز به مناطق خنک کننده در مایع و یا گاز افزایش می یابد. همانطور که این اتفاق می افتد، مایع خنک کننده یا گاز جایگزین مناطق گرمتر شده است که بالاتر از آن است.

این چرخه به یک الگوی گردش تدریجی منجر می شود و گرما به مناطق خنک منتقل می شود. هنگامی که آب را در یک ظرف قرار می دهید، جوش را مشاهده می کنید. حباب های آب که افزایش می یابند، بخش های گرمتر آب به سمت آب سرد در بالای تانک می رسد. شما احتمالا شنیده اید که “هوای داغ افزایش می یابد و هوا سرد می شود تا جای خود را بگیرد” – این توصیفی از کنجکاوی در فضای ما است. انرژی گرما توسط گردش هوا منتقل می شود.

 

انتقال حرارت جابجایی
این تصویر حرارتی مادون قرمز جوش نفتی گرم را در یک تابه نشان می دهد. روغن گرما را از طریق پودر انتقال می دهد. توجه داشته باشید مراکز گرم (زرد) افزایش روغن داغ و خطوط خنک کننده روغن فرو می رود.

تشعشع

هر دو هدایت و جابجایی نیاز به انتقال حرارت دارند. تابش یک روش انتقال حرارت است که به هیچ گونه ارتباطی بین منبع گرما و شستشوی گرم متکی نیست. به عنوان مثال، ما از گرما از خورشید احساس می کنیم، حتی اگر ما آن را لمس نکنیم. گرما را می توان با پرتو حرارتی هر چند فضای خالی انتقال داد. تابش حرارتی (اغلب به نام تابش مادون قرمز) یک نوع تابش الکترومغناطیسی (یا نور) است. تابش یک شکل از انتقال انرژی است که شامل امواج الکترو مغناطیسی است که در سرعت نور حرکت می کنند. هیچ جرمی مبادله نمی شود و هیچ رسانشی مورد نیاز نیست.

اشیاء هنگامی که الکترون های انرژی بالا در یک سطح اتمی بالاتر به سطح انرژی پایین تر می رسند، تابش می کنند. انرژی از دست رفته به عنوان نور یا تابش الکترومغناطیسی منتشر می شود. انرژی که توسط یک اتم جذب می شود، الکترون های آن را به “پرش” تا سطوح انرژی بالاتر می رساند.

تمام اشیاء تابش را جذب و انتشار می دهند. هنگامی که جذب انرژی تعادل انتشار انرژی (در اینجا یک اپلت های جاوا نشان می دهد که چگونه یک اتم جذب و تابش ساطع می کند است)، درجه حرارت از یک شی ثابت باقی می ماند. اگر جذب انرژی بیشتر از انتشار انرژی باشد، دمای یک شی افزایش می یابد. اگر جذب انرژی کمتر از انتشار انرژی باشد، دمای یک شی کاهش می یابد.

انتقال حرارت تابشی

یک تصویر حرارتی مادون قرمز از مرکز کهکشان ما. این گرما از ستاره های متعدد و ستاره های میان ستاره حدود 24000 سال نوری (حدود 150،000،000،000،000،000 مایل) را از طریق فضا به وسیله تابش برای رسیدن به تلسکوپ های مادون قرمز ما گذراند.