Inleiding tot warmteoverdracht: hoe werkt warmteoverdracht?

Wat warmteoverdracht is en hoe warmte van het ene lichaam naar het andere gaat?

Geleiding brengt warmte over via een branderelement, terwijl convectie het voedsel in de pot verwarmt. Halfdark, Getty Images

Wat is warmte? Hoe vindt warmteoverdracht plaats? Wat zijn de effecten op materie wanneer warmte van het ene lichaam naar het andere wordt overgedragen? Dit is wat u moet weten:

Definitie van warmteoverdracht

Warmteoverdracht is een proces waarbij interne energie van de ene stof wordt overgedragen naar een andere stof. Thermodynamica is de studie van warmteoverdracht en de veranderingen die daaruit voortvloeien. Een goed begrip van warmteoverdracht is cruciaal voor het analyseren van a thermodynamisch proces , zoals die plaatsvinden in warmtemotoren en warmtepompen.

Vormen van warmteoverdracht

Volgens de kinetische theorie is de interne energie van een stof wordt gegenereerd door de beweging van individuele atomen of moleculen. Warmte energie is de vorm van energie die deze energie van het ene lichaam of systeem naar het andere overbrengt. Deze warmteoverdracht kan op verschillende manieren plaatsvinden:

• Geleiding is wanneer warmte door een verwarmde vaste stof stroomt door a warmtestroom door het materiaal bewegen. U kunt geleiding waarnemen bij het verwarmen van een kachelbranderelement of een metalen staaf, die van roodgloeiend naar witgloeiend gaat.
• Convectie is wanneer verwarmde deeltjes warmte overbrengen naar een andere stof, zoals iets koken in kokend water.
• straling is wanneer warmte wordt overgedragen via elektromagnetische golven, zoals van de zon. Straling kan warmte door de lege ruimte overbrengen, terwijl de andere twee methoden een vorm van materie-op-materie-contact vereisen voor de overdracht.

Om ervoor te zorgen dat twee stoffen elkaar beïnvloeden, moeten ze in thermisch contact met elkaar. Als u uw oven open laat staan ​​terwijl deze is ingeschakeld en er enkele meters voor staat, staat u in thermisch contact met de oven en kunt u de warmte voelen die deze aan u afgeeft (door convectie door de lucht).

Normaal gesproken voel je de warmte van de oven natuurlijk niet als je op enkele meters afstand bent en dat komt omdat de oven thermische isolatie om de warmte erin te houden en zo thermisch contact met de buitenkant van de oven te voorkomen. Dit is natuurlijk niet perfect, dus als je in de buurt staat voel je wel wat warmte van de oven.

Thermisch evenwicht is wanneer twee items die in thermisch contact staan, geen warmte meer tussen hen overbrengen.

Effecten van warmteoverdracht

Het basiseffect van warmteoverdracht is dat de deeltjes van de ene stof botsen met de deeltjes van een andere stof. De meer energetische substantie zal typisch interne energie verliezen (d.w.z. 'afkoelen'), terwijl de minder energetische substantie interne energie zal winnen (d.w.z. 'opwarmen').

Het meest flagrante effect hiervan in ons dagelijks leven is een faseovergang, waarbij een stof van één verandert stand van zaken naar een ander, zoals als ijs dat smelt van een vaste stof naar een vloeistof omdat het warmte absorbeert. Het water bevat meer interne energie (d.w.z. de watermoleculen sneller bewegen) dan in het ijs.

Bovendien gaan veel stoffen door ofwel thermische expansie of thermische samentrekking als ze interne energie winnen en verliezen. Water (en andere vloeistoffen) zet vaak uit als het bevriest, wat iedereen die te lang een drankje met een dop in de vriezer heeft bewaard, heeft ontdekt.

Warmte capaciteit

De warmte capaciteit van een object helpt bepalen hoe de temperatuur van dat object reageert op het absorberen of doorgeven van warmte. Warmte capaciteit wordt gedefinieerd als de verandering in warmte gedeeld door de verandering in temperatuur.

Wetten van de thermodynamica

Warmteoverdracht wordt geleid door enkele basisprincipes die bekend zijn geworden als de wetten van de thermodynamica , die bepalen hoe warmteoverdracht zich verhoudt tot het werk dat door een systeem wordt gedaan en een aantal beperkingen opleggen aan wat een systeem kan bereiken.

Bewerkt doorAnne Marie Helmenstine, Ph.D.