Co to jest przepływ ciepła?

Przenoszenie energii cieplnej z obszaru gorącego do obszaru chłodnego jest znane jako przepływ ciepła . Dzieje się tak, gdy określony przedmiot lub materiał ma inną temperaturę niż otaczające obiekty. Zasada tego procesu polega na tym, że między obiektami musi zachodzić równowaga termiczna, znana również jako druga zasada termodynamiki. Zasadniczo, gdy istnieje różnica temperatur między materiałami, przepływ ciepła można jedynie spowolnić, a nie zatrzymać.

Przepływ ciepła w dużej mierze opiera się na koncepcji przewodzenia. Zasadniczo transfer energii cieplnej opiera się na dyfuzji swobodnych elektronów. Aby ciepło przenosiło się z jednego obiektu lub materiału na drugi, sąsiednie atomy wibrują względem siebie. Jest to spowodowane przemieszczaniem się elektronów z jednego atomu na drugi. Pod względem cieczy cząsteczki są dalej od siebie oddalone, co powoduje, że energia cieplna jest przenoszona wolniej, gdy ten stan materii jest obecny.

Konwekcja jest również ważna dla przepływu ciepła. Dzieje się tak, gdy stały przedmiot lub powierzchnia znajduje się w pobliżu gazu lub cieczy. Szybkość przeniesienia ciepła wzrasta wraz z szybszym ruchem. Istnieją dwa różne typy konwekcji w ramach praw termodynamiki: naturalny i wymuszony. Siły wyporu spowodowane zmianami gęstości gazu lub cieczy występują naturalnie, podczas gdy wymuszona konwekcja jest odpowiedzią na sztuczną metodę, taką jak pompa lub wentylator.

Kiedy ciepło jest przenoszone z materiałów przez pustą przestrzeń, pojęcie to nazywa się promieniowaniem . Dzieje się tak w przypadku wszystkich obiektów powyżej zera absolutnego, nawet tych znajdujących się w idealnej próżni. Na przykład promieniowanie słoneczne przemieszcza się w próżni kosmicznej przed uderzeniem w ziemię i inne planety.

Ogólna zasada termodynamiki i przepływu ciepła została ustalona przez Sir Isaaca Newtona. Prawo chłodzenia oznajmia, że ​​„tempo utraty ciepła przez ciało jest proporcjonalne do różnicy temperatur między ciałem a jego otoczeniem lub środowiskiem”. Można to zaobserwować, analizując żywność. Na przykład, gdy ciasto wyjmuje się z piekarnika i umieszcza w chłodnym oknie, szybkość utraty ciepła zależy od temperatury powietrza.

Ciekawy efekt uboczny przepływu ciepła może wystąpić, gdy para zmienia się w fazę ciekłą. Proces ten, znany jako kondensacja, opiera się na gazowej formie zmieniającej się cieczy. Widać to w naturze w postaci mgły lub na chłodnym szkle w upalny dzień.