Warmteoverdracht vindt plaats door drie belangrijke mechanismen: geleiding, waarbij rigoureus trillende moleculen hun energie overbrengen naar andere moleculen met lagere energie; convectie, waarbij de bulkbeweging van een vloeistof stromingen en draaikolken veroorzaakt die het mengen en de verdeling van thermische energie bevorderen; en straling, waarbij een heet lichaam energie uitzendt die via elektromagnetische golven op een ander systeem kan reageren. Convectie en geleiding zijn de twee meest prominente methoden voor warmteoverdracht in vloeistoffen en gassen.

Algemene geleiding voor gebruik

Geleiding vindt meestal plaats in vaste stoffen. Elektrische kookplaten gebruiken geleidende warmteoverdracht om een ​​pot water aan de kook te brengen: thermische energie wordt van de hete brander naar de koele pot overgebracht, waardoor de temperatuur van het water stijgt. Geleiding gebeurt vanwege de vibratie van moleculen. In een vaste stof hebben atomen, zeer strak gerangschikt in roostervormige structuren, heel weinig bewegingsvrijheid in de ruimte. Naarmate de brander opwarmt, beginnen de atomen in het metaal sneller en sneller te trillen als hun energie toeneemt. Wanneer je de koele pan met water op de brander plaatst, creëer je een temperatuurgradiënt - een plaats waar de hitte naar toe stroomt. Omdat energie van hete dingen naar koelere dingen stroomt, brengen de vibrerende atomen van de brander een deel van hun warmte over naar de atomen die het metaal van je waterpot vormen. Hierdoor trillen de atomen van de pot, waardoor hun energie naar het water wordt overgedragen.

Geleiding in gassen en vloeistoffen

Geleiding komt vaker voor bij vaste stoffen, maar in principe kan het - en doet - gebeuren in vloeistoffen en gassen, gewoon niet erg goed. Omdat de moleculen van vloeistoffen een grotere bewegingsvrijheid hebben dan in vaste stoffen, is er minder kans dat trillende moleculen tegen een andere botsen en energie door de vloeistof heen overbrengen. In feite is lucht zo'n slechte geleider dat het wordt gebruikt om huizen te isoleren. Sommige energie-efficiënte ramen hebben "luchtruimten" tussen hen die een luchtruimte creëren tussen de binnenkant van het huis en de koude buitenlucht. Omdat lucht de warmte niet goed geleidt, blijft er meer warmte in huis omdat de lucht het moeilijk maakt voor deze thermische energie om naar buiten te komen.

Convectie

Convectie is verreweg de meest efficiënte en gemeenschappelijke manier voor warmteoverdracht door vloeistoffen en gassen. Het komt voor wanneer sommige gebieden van een vloeistof heter worden dan andere, waardoor stromingen in de vloeistof die de vloeistof rondleiden, die warmte gelijkmatiger verdelen. Denk aan een huis in de winter. Je hebt misschien gemerkt dat de zolder altijd erg warm is, terwijl de kelderverdieping meestal koel is. Dit gebeurt omdat wanneer de lucht opwarmt, deze licht wordt, waardoor deze naar het plafond omhoog beweegt. Koude lucht is veel zwaarder en valt op de vloer. Terwijl de hete lucht naar het plafond beweegt en de koude lucht naar beneden valt, botsen deze twee soorten lucht en mengen zich, waardoor de warmte van de warme arm wordt overgebracht naar de koelere lucht en zo de warmte door de kamer verspreidt.

Straling

Straling vindt plaats wanneer een lichaam heet genoeg wordt om elektromagnetische energie uit te zenden. De zon is een klassiek voorbeeld van stralingswarmteoverdracht: het is heel ver weg in de ruimte, maar het is heet genoeg om je warmte te voelen. Je voelt deze warmte door straling, en zelfs op een koele dag voelt de zon warm aan. Elektromagnetische energie kan door de lege ruimte reizen en kan ervoor zorgen dat een doelobject van ver komt. Radiologische warmteoverdracht komt niet vaak voor in vloeistoffen en gassen.