Wie überträgt Materie Wärmeenergie?
Die Materie überträgt Wärmeenergie auf drei Arten: durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. Wenn zwei Objekte mit unterschiedlichen Temperaturen zusammengefügt werden, bemühen sich die Objekte, ein thermisches Gleichgewicht zu erreichen. Das heißt, Wärme wird von der höheren auf die niedrigere Konzentration übertragen - von heiß auf kalt. Mit anderen Worten, das heißere Objekt überträgt Wärme auf das kühlere Objekt, bis beide Objekte die gleiche Temperatur haben. Sobald die Objekte das Gleichgewicht erreicht haben, bleiben sie dort, es sei denn, es liegt eine äußere Veränderung vor.
Die Moleküle in einem Objekt mit höherer Wärmeenergie schwingen schneller als ein Objekt mit niedriger Wärmeenergie. Die sich bewegenden Moleküle können dann gegen andere Moleküle stoßen, wodurch sie sich bewegen, wenn Energie übertragen wird. Leitung ist das, was passiert, wenn Objekte Wärmeenergie durch Moleküle übertragen, die gegeneinander stoßen. Dies ist zu erkennen, wenn ein Metalllöffel in heißen Tee getaucht wird. Die Moleküle aus dem Tee vibrieren gegen die Moleküle im Löffel, was zu einer Beschleunigung der Moleküle und damit zu einer Erwärmung des Löffels führt.
Eine andere Möglichkeit zur Übertragung von Wärmeenergie ist die Konvektion. Konvektion hat mit der Wärmeübertragung durch die Bewegung von Flüssigkeiten zu tun. Es gibt zwei Arten von Konvektion: natürliche und erzwungene Konvektion. Bei erzwungener Konvektion werden Objekte wie eine Pumpe oder ein Lüfter verwendet, um Flüssigkeiten zu bewegen und Wärme zu übertragen. Beispiele für erzwungene Konvektion sind Konvektionsöfen und Fluidwärmestrahlersysteme.
Natürliche Konvektion tritt auf, wenn eine Flüssigkeit zwei unterschiedliche Temperaturen hat, die unterschiedliche Dichten verursachen. Ein Beispiel für natürliche Konvektion ist das Erhitzen von Wasser auf einem Herd. Die Hitze des Ofens erwärmt den Boden des Wassers und lässt die Moleküle schneller vibrieren. Wenn Moleküle vibrieren, dehnen sie sich aus und verlieren an Dichte, wodurch das wärmere Wasser steigt und das kühlere Wasser sinkt. Das kühlere Wasser erwärmt sich dann und steigt nach oben. Der Kreisstrom, den dieser Prozess erzeugt, wird Konvektionsstrom genannt und ist für viele Aspekte des Wetters verantwortlich.
Die letzte Methode, mit der die Welt Wärmeenergie überträgt, ist die Strahlung. Durch Strahlung können Objekte Wärmeenergie durch ein Vakuum übertragen. Dies ist die Art von Wärmeübertragung, mit der die Sonne die Erde erwärmt. Dabei wird Wärmeenergie in Form von Infrarotstrahlen übertragen. Obwohl Wärmeenergie durch Strahlung übertragen werden kann, spüren wir die Wärme, wenn die Infrarotstrahlen auf ein Objekt wie Luft treffen und die Moleküle schneller bewegen und sich so aufheizen.