Τρόποι μεταφοράς θερμότητας

Η θερμότητα είναι ένας τύπος ενέργειας που ξεκινά από μοριακό επίπεδο και ανεβαίνει. Όταν προστίθεται δύναμη σε μια ουσία, τα μόρια αυτής της ουσίας κινούνται προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση. Ενώ τα μόρια αρχίζουν να δονούνται όταν θερμαίνονται, περνούν τη θερμότητα στα γύρω μόριά τους, κάνοντάς τα επίσης να δονούνται.

Η θερμική ενέργεια μπορεί να μετακινηθεί από το ένα σώμα στο άλλο ή από τη μια θέση ενός σώματος σε μια άλλη, εφόσον υπάρχει αρκετή θερμότητα. Η μελέτη του τρόπου με τον οποίο μεταδίδεται η θερμική ενέργεια ονομάζεται μεταφορά θερμότητας. Πρέπει να υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο σωμάτων για να μεταδίδεται η θερμότητα μεταξύ τους. Τα δύο σώματα πρέπει να βρίσκονται σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες, το ένα υψηλότερο από το άλλο, έτσι ώστε αυτή η θερμότητα να μπορεί να μετακινηθεί από αυτό με υψηλότερη θερμοκρασία σε αυτό με χαμηλότερη θερμοκρασία.

Διαφορετικοί τρόποι μεταφοράς θερμότητας

Όταν βράζουμε νερό σε ένα τηγάνι σε ανοιχτή φλόγα, η θερμοκρασία αυξάνεται. αρχίζει να κρυώνει όταν σβήσει η σόμπα. Το νερό είναι στο τηγάνι και η φλόγα μεταδίδει θερμότητα. Η θερμότητα περνά πάντα από τη θερμαινόμενη ύλη στις ψυχρότερες.

Η μεταφορά θερμότητας συμβαίνει όταν τα αντικείμενα πέφτουν σε διαφορετικές θερμοκρασίες ή εάν υπάρχει ένα αντικείμενο ξεχωριστό από τον υπόλοιπο κόσμο. Αυτό συμβαίνει όταν το αντικείμενο και ο υπόλοιπος κόσμος φτάσουν σε θερμοκρασία εξίσου.

Υπάρχουν τρεις τρόποι μεταφοράς θερμότητας. Παραδείγματα του τρόπου με τον οποίο κινείται η θερμότητα μέσω αυτών περιγράφονται επίσης παρακάτω:

1. Διεξαγωγή
2. Συναγωγή
3. Ακτινοβολία

Διεξαγωγή

Ένας καυστήρας αερίου χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του ενός άκρου της μεταλλικής ράβδου. Μετά από λίγο, το άλλο άκρο της ράβδου θερμαίνεται επειδή η θερμότητα ταξιδεύει από το ζεστό άκρο στο κρύο άκρο της ράβδου. Τα μόρια (ή τα σωματίδια) της μεταλλικής ράβδου δεν κινούνται. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο η αγωγιμότητα μεταφέρει τη θερμότητα μέσα σε ένα αντικείμενο.

Ορισμός αγωγιμότητας

Όταν η θερμότητα μετακινείται από ένα θερμό μέρος σε ένα ψυχρότερο μέρος του υλικού χωρίς τα σωματίδια να κινούνται σε αγωγιμότητα, είναι μεταφορά θερμότητας μέσω αγωγιμότητας. Η θερμότητα κινείται μέσω των στερεών, ιδιαίτερα των μετάλλων, μόνο μέσω αγωγιμότητας. Η αγωγιμότητα της θερμοκρασίας είναι ένα μεγάλο μέρος του τρόπου με τον οποίο ζούμε την καθημερινότητά μας. Μερικά παραδείγματα για το πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η θερμική αγωγιμότητα σε πραγματικές καταστάσεις είναι: 

(α) Ξύλινες λαβές χρησιμοποιούνται σε μαγειρικά σκεύη για να εμποδίζουν τα χέρια να αγγίζουν το καυτό μέταλλο.

(β) Χρειάζονται πολλά κομμάτια πάγου για να φτιάξεις ένα διώροφο ιγκλού για τους Εσκιμώους.

Συναγωγή

Συναγωγή είναι η κίνηση των θερμαινόμενων μορίων από το σώμα. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν μεταφορά για να μετακινήσουν θερμαινόμενα σωματίδια από το ένα μέρος στο άλλο, το οποίο μεταφέρει τη θερμότητα από το ένα μέρος στο άλλο. Ωστόσο, είναι πιο αισθητό όταν πρόκειται για υγρά και αέρια. Οι αύρες της ξηράς και της θάλασσας δημιουργούνται με μεταφορά και συμβαίνουν παντού. Επίσης, παίζει σημαντικό ρόλο στον αερισμό, την ηλεκτρική ενέργεια, τη θέρμανση κτιρίων κ.λπ.

Έτσι, όταν ζεσταίνουμε νερό σε μια κατσαρόλα, τα θερμαινόμενα μόρια γίνονται ελαφρύτερα και κινούνται προς τα πάνω, πράγμα που σημαίνει ότι το νερό θα ανέβει. Τα θερμότερα και πυκνότερα μόρια νερού αρχίζουν να κινούνται προς τα πάνω και τα πιο κρύα και πυκνότερα μόρια νερού αρχίζουν να κινούνται προς τα κάτω.

Τύποι συναγωγής

• Αναγκαστική μεταφορά

Εάν ένας ανεμιστήρας, μια αντλία ή ο άνεμος χρησιμοποιείται για να αναγκάσει το ρευστό να ρέει στην επιφάνεια, ονομάζεται εξαναγκασμένη μεταφορά.

• Συναγωγή, φυσική ή ελεύθερη

Η φυσική (ή ελεύθερη) μεταφορά, από την άλλη πλευρά, συμβαίνει όταν η κίνηση του ρευστού παράγεται από δυνάμεις άνωσης που δημιουργούνται από αλλαγές πυκνότητας που προκαλούνται από διακυμάνσεις θερμοκρασίας στο ρευστό.

Ακτινοβολία

Η ακτινοβολία είναι η μεταφορά θερμότητας από μια τοποθεσία σε άλλη χωρίς τη χρήση μέσου όπως νερό ή ηλεκτρισμός. Ανάμεσα σε εμάς και τις ακτίνες του ήλιου, δεν υπάρχει ενδιάμεσος. Η θερμική ακτινοβολία μπορεί επίσης να περάσει μέσα από ένα κενό. Έχουν τις ίδιες ιδιότητες με το φως. Οι ακτινοβολίες θερμότητας αποτελούν επίσης μέρος του εύρους των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Δεν χρειάζεται τίποτα για να μετακινηθεί η θερμότητα με ακτινοβολία. Η ακτινοβολία είναι ο τρόπος με τον οποίο η ενέργεια από τον ήλιο φτάνει σε εμάς.

Συμπέρασμα

Η μεταφορά θερμότητας αναφέρεται στο φαινόμενο της μεταφοράς ενέργειας από το ένα σημείο στο άλλο. Αυτός ο συγκεκριμένος μηχανισμός περιλαμβάνει τη μεταφορά θερμότητας, τη συναγωγή και τη μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας. Η αγωγιμότητα είναι η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας κατά τη διαδικασία αγωγιμότητας της θερμότητας, η οποία είναι μια αργή διαδικασία. Για παράδειγμα, εάν το ένα άκρο μιας μεταλλικής ράβδου κρατηθεί πάνω από μια φλόγα, το άλλο άκρο, που δεν έχει έρθει σε επαφή με τη φλόγα, θα ζεσταθεί επίσης σύντομα. Αυτό οφείλεται στην αγωγιμότητα, επιτρέποντας στη θερμότητα να ταξιδέψει σε ολόκληρη τη ράβδο. Τα μόρια σε περιοχές που είναι πιο θερμές έχουν περισσότερη κινητική ενέργεια από εκείνες που δεν είναι θερμές. Η μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας αναφέρεται στη μετάδοση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η ενέργεια που εκπέμπεται από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ονομάζεται ενέργεια ακτινοβολίας. Τα μόρια σε ένα υγρό δονούνται πιο γρήγορα όταν θερμαίνονται, και σε υψηλότερη θερμοκρασία, αυτά τα μόρια αρχίζουν να διαστέλλονται για να καταλάβουν το χώρο τους. Όταν το υγρό θερμαίνεται, λιγότερο πυκνό ρευστό αρχίζει να ανεβαίνει στην επιφάνεια, το ψυχρότερο υγρό παίρνει τη θέση του. Και αυτή η επαναλαμβανόμενη άνοδος και πτώση μεταξύ θερμότερων υγρών και ψυχρότερων υγρών δημιουργεί το ρεύμα μεταφοράς.