Värmeöverföring upptar ett område som omfattar ett brett spektrum av funktioner, från de enkla processerna för uppvärmning och kylning av objekt till avancerade termodynamiska koncept inom termisk fysik. För att förstå hur en drink svalnar på sommaren eller hur värmen går från solen till jorden, måste du förstå dessa grundläggande principer för värmeöverföring på en grundläggande nivå.
Termodynamikens andra lag
Termodynamikens andra lag anger att värme överförs från ett föremål med högre temperatur till ett föremål med lägre temperatur. De högre energiatomerna (och därmed högre temperatur) rör sig mot de lägre energiatomerna (lägre temperatur) för att upprätthålla jämvikt (känd som termisk jämvikt). Värmeöverföring sker för att upprätthålla denna princip när ett objekt har en annan temperatur än ett annat objekt eller dess omgivning.
Värmeöverföring genom ledning
När partiklar av materia är i direkt kontakt överförs värme genom ledning. De intilliggande atomerna med högre energi vibrerar mot varandra, vilket överför den högre energin till den lägre energin, eller högre temperatur till lägre temperatur. Det vill säga, atomer med högre intensitet och högre värme kommer att vibrera och därigenom flytta elektronerna till områden med lägre intensitet och lägre värme. Vätskor och gaser är mindre ledande än fasta ämnen (metaller är de bästa ledarna) på grund av att de är mindre täta, vilket betyder att det finns ett större avstånd mellan atomerna.
Konvektion Värmeöverföring
Konvektion beskriver värmeöverföring mellan en yta och en vätska eller gas i rörelse. När vätskan eller gasen färdas snabbare ökar den konvektiva värmeöverföringen. Två typer av konvektion är naturlig konvektion och forcerad konvektion. I naturlig konvektion resulterar vätskerörelse från de heta atomerna i vätskan, där de heta atomerna rör sig uppåt mot de kallare atomerna i luften – vätskan rör sig under påverkan av gravitationen. Exempel på detta är de stigande molnen av cigarettrök, eller värme från motorhuven på en bil som stiger uppåt. Vid forcerad konvektion tvingas vätskan att färdas över ytan av en fläkt eller pump eller någon annan extern källa.
Värmeöverföring och strålning
Strålning (inte att förväxla med termisk strålning) avser överföring av värme genom tomt utrymme. Denna form av värmeöverföring sker utan mellanliggande medium; strålning fungerar även i och genom ett perfekt vakuum. Till exempel färdas energi från solen genom rymdens vakuum innan värmeöverföringen värmer jorden.
Värmeöverföring är en integrerad del av utbildningen i relevanta ämnen, till exempel i läroplanen för kemi eller maskinteknik. Tillverkning och HVAC (värme, ventilation och luftkylning) är exempel på industrier som i hög grad förlitar sig på termodynamik och principer för värmeöverföring. Termisk vetenskap och termisk fysik är högre utbildningsområden som handlar om värmeöverföring.
