Jak materia przenosi energię cieplną?

Materia przenosi energię cieplną na jeden z trzech sposobów: poprzez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie. Kiedy zostaną połączone dwa obiekty o różnych temperaturach, będą one dążyć do osiągnięcia równowagi termicznej. Oznacza to, że ciepło zostanie przeniesione z wyższego stężenia do niższego stężenia - z gorącego na zimne. Innymi słowy, cieplejszy obiekt przenosi ciepło do chłodniejszego obiektu, dopóki oba obiekty nie będą miały tej samej temperatury. Kiedy obiekty osiągną równowagę, będą miały tendencję do pozostania tam, chyba że nastąpi jakaś zewnętrzna zmiana.

Cząsteczki w obiekcie o wyższej energii cieplnej wibrują szybciej niż obiekt o niskiej energii cieplnej. Poruszające się cząsteczki mogą następnie zderzać się z innymi cząsteczkami, powodując ich ruch w miarę przesyłania energii. Przewodnictwo zachodzi, gdy obiekty przenoszą energię cieplną przez zderzające się ze sobą cząsteczki. Można to zobaczyć, gdy metalową łyżkę zanurza się w gorącej herbacie. Cząsteczki z herbaty wibrują przeciwko cząsteczkom w łyżce, powodując przyspieszenie cząsteczek, a tym samym rozgrzanie łyżki.

Innym sposobem przesyłania energii cieplnej jest konwekcja. Konwekcja ma związek z przenoszeniem ciepła przez ruch płynów. Istnieją dwa rodzaje konwekcji: naturalna i wymuszona. Wymuszona konwekcja wykorzystuje obiekty takie jak pompa lub wentylator do przemieszczania płynów i przekazywania ciepła. Przykłady wymuszonej konwekcji obejmują piece konwekcyjne i układy płynnego grzejnika ciepła.

Naturalna konwekcja występuje, gdy płyn ma dwie różne temperatury powodujące różne gęstości. Przykładem naturalnej konwekcji jest podgrzewanie wody na piecu. Ciepło z pieca podgrzewa dno wody, powodując szybsze wibrowanie cząsteczek. Kiedy cząsteczki wibrują, rozszerzają się i tracą gęstość, powodując wzrost cieplejszej wody i opadnięcie chłodniejszej wody. Chłodniejsza woda nagrzewa się i podnosi do góry. Prąd kołowy wytwarzany przez ten proces nazywa się prądem konwekcyjnym i jest odpowiedzialny za wiele aspektów pogody.

Ostatnią metodą wykorzystywaną przez świat do przesyłania energii cieplnej jest promieniowanie. Za pomocą promieniowania obiekty mogą przenosić energię cieplną przez próżnię. Jest to rodzaj wymiany ciepła, dzięki której słońce ogrzewa ziemię. W tym procesie energia cieplna przekazywana jest w postaci promieni podczerwonych. Chociaż energia cieplna może być przenoszona przez promieniowanie, odczuwamy ciepło, gdy promienie podczerwone uderzają w obiekt, taki jak powietrze, i powodują, że cząsteczki poruszają się szybciej, ogrzewając się.