Introduksjon til varmeoverføring: Hvordan fungerer varmeoverføring?

Hva varmeoverføring er og hvordan varme beveger seg fra en kropp til en annen

Ledning overfører varme gjennom et brennerelement, mens konveksjon varmer opp maten som tilberedes i gryten. Halvmørk, Getty Images

Hva er varme? Hvordan foregår varmeoverføringen? Hva er effekten på materie når varme overføres fra en kropp til en annen? Her er det du trenger å vite:

Definisjon av varmeoverføring

Varmeoverføring er en prosess der intern energi fra ett stoff overføres til et annet stoff. Termodynamikk er studiet av varmeoverføring og endringene som følger av den. En forståelse av varmeoverføring er avgjørende for å analysere en termodynamisk prosess , slik som de som foregår i varmemotorer og varmepumper.

Former for varmeoverføring

Under den kinetiske teorien indre energi av et stoff er generert fra bevegelsen til individuelle atomer eller molekyler. Varme energi er den formen for energi som overfører denne energien fra en kropp eller et system til et annet. Denne varmeoverføringen kan skje på flere måter:

• Ledning er når varme strømmer gjennom et oppvarmet fast stoff gjennom en varmestrøm beveger seg gjennom materialet. Du kan observere ledning når du varmer opp et komfyrbrennerelement eller en metallstang, som går fra rødglødende til hvitglødende.
• Konveksjon er når oppvarmede partikler overfører varme til et annet stoff, for eksempel å koke noe i kokende vann.
• Stråling er når varme overføres gjennom elektromagnetiske bølger, for eksempel fra solen. Stråling kan overføre varme gjennom tomt rom, mens de to andre metodene krever en form for materie-på-stoff-kontakt for overføringen.

For at to stoffer skal påvirke hverandre, må de være inne termisk kontakt med hverandre. Hvis du lar ovnen stå åpen mens den er på og står flere meter foran den, er du i termisk kontakt med ovnen og kan kjenne varmen den overfører til deg (ved konveksjon gjennom luften).

Normalt kjenner du selvfølgelig ikke varmen fra ovnen når du er flere meter unna, og det er fordi ovnen har termisk isolasjon for å holde varmen inne i den, og dermed forhindre termisk kontakt med utsiden av ovnen. Dette er selvfølgelig ikke perfekt, så hvis du står i nærheten kjenner du litt varme fra ovnen.

Termisk likevekt er når to elementer som er i termisk kontakt ikke lenger overfører varme mellom seg.

Effekter av varmeoverføring

Den grunnleggende effekten av varmeoverføring er at partiklene til ett stoff kolliderer med partiklene til et annet stoff. Det mer energiske stoffet vil typisk miste intern energi (dvs. 'kjøle ned') mens det mindre energiske stoffet vil få indre energi (dvs. 'varme opp').

Den mest åpenbare effekten av dette i vårt daglige liv er en faseovergang, hvor et stoff endres fra en når det gjelder til en annen, slik som is som smelter fra et fast stoff til en væske når det absorberer varme. Vannet inneholder mer indre energi (dvs. vannmolekylene beveger seg raskere) enn i isen.

I tillegg går mange stoffer gjennom enten termisk ekspansjon eller termisk sammentrekning når de får og mister intern energi. Vann (og andre væsker) utvider seg ofte når det fryser, noe alle som har lagt en drink med kork i fryseren for lenge har oppdaget.

Varmekapasitet

De Varmekapasitet av et objekt bidrar til å definere hvordan objektets temperatur reagerer på å absorbere eller overføre varme. Varmekapasitet er definert som endringen i varme delt på endringen i temperatur.

Termodynamikkens lover

Varmeoverføring styres av noen grunnleggende prinsipper som har blitt kjent som termodynamikkens lover , som definerer hvordan varmeoverføring forholder seg til arbeid utført av et system og setter noen begrensninger på hva det er mulig for et system å oppnå.

Redigert avAnne Marie Helmenstine, Ph.D.