Co to jest strumień ciepła?

Strumień ciepła odnosi się do przepływu energii cieplnej. Czasami nazywany strumieniem termicznym, jest to obliczone natężenie przepływu energii cieplnej na określonej powierzchni, gdy przepływa ona z miejsca na miejsce. Podobnie jak inne formy energii, ciepło przepływa przez przewodzenie i konwekcję w kierunku spadku energii potencjalnej - temperatura w przypadku energii cieplnej.

Kiedy naukowcy mierzą przepływ ciepła, najpierw próbkują temperaturę w dwóch lokalizacjach, między którymi energia cieplna jest przenoszona. Ciepło, podobnie jak wszystkie formy energii, przepływa od wysokiego do niskiego potencjału - od wysokiej do niskiej temperatury. Im szybciej atomy lub cząsteczki ośrodka poruszają się i wibrują, tym wyższa jest temperatura tego ośrodka i tym większy jest nacisk wymuszający przepływ w kierunku obszarów o mniejszym ruchu i mniejszym ciśnieniu. Strumień ciepła, w odpowiedzi na różnice temperatur w czasie, równoważy temperaturę i zbliża się do stanu, w którym temperatury przestają się zmieniać, a ciepło przestaje płynąć - stanu zwanego równowagą termiczną.

Biorąc pod uwagę wystarczająco dużą objętość płynu, takiego jak ciecz lub gaz, strumień ciepła występuje głównie przez konwekcję, przez dyfuzję atomów i cząsteczek. Ciepło przepływa z objętości, w których cząstki poruszają się szybko, do objętości, w których cząstki poruszają się powoli. Cząsteczki płynów przenoszą się do zimnych obszarów, gdzie jest więcej miejsca między wolniej poruszającymi się cząsteczkami. Ponieważ atomy nie mogą poruszać się w ciałach stałych, ciepło jest przewodzone przez wibracje atomów lub cząsteczek w ich ograniczonych sieciach, z dalszym rozkładem energii w wyniku ruchu wolnych elektronów. Ponieważ ruch wolnych elektronów jest również cechą przewodnictwa elektrycznego, dobre przewodniki prądu są również dobrymi przewodnikami ciepła.

Strumień ciepła z powodu różnic temperatur nazywa się strumieniem ciepła jawnego w przeciwieństwie do utajonego strumienia ciepła, który odnosi się do przepływu ciepła z powodu zmian fazowych w medium. Krytyczny strumień ciepła to ilość ciepła, którą można przepompować przez daną powierzchnię w określonym czasie, w którym zmienia się charakterystyka przepływu medium - na przykład zmiana stanu. Kiedy materiał staje się stały, włącza energię, która ogranicza jego strukturę sieciową. Przy krytycznym strumieniu ciepła, gdy pewna ilość ciepła jest pompowana do materiału, osiąga on swoją temperaturę topnienia lub temperaturę przejścia gazu, a ta energia wiązania jest uwalniana jako ciepło utajone.