熱伝達は、物体の加熱と冷却の単純なプロセスから、熱物理学における高度な熱力学的概念まで、幅広い機能を含む分野を占めています。夏に飲み物が冷める仕組みや、熱が太陽から地球に伝わる仕組みを理解するには、これらの熱伝達の基本原則を基本的なレベルで把握する必要があります。
熱力学第二法則
熱力学の第 2 法則では、熱は温度の高い物体から温度の低い物体に移動します。より高いエネルギーの原子 (したがってより高い温度) は、平衡 (熱平衡として知られている) を維持するために、より低いエネルギーの原子 (より低い温度) に向かって移動します。オブジェクトが別のオブジェクトまたはその周囲とは異なる温度にある場合、この原理を維持するために熱伝達が発生します。
伝導による熱伝達
物質の粒子が直接接触すると、伝導によって熱が移動します。高エネルギーの隣接原子は互いに振動し、高エネルギーを低エネルギーに、または高温度を低温度に伝達します。つまり、強度が高く熱が高い原子は振動し、電子は強度が低く熱が低い領域に移動します。流体と気体は密度が低く、原子間の距離が大きいため、固体よりも伝導性が低くなります (金属は最良の伝導体です)。
対流熱伝達
対流は、表面と運動中の液体または気体との間の熱伝達を表します。流体または気体がより速く移動すると、対流熱伝達が増加します。対流には、自然対流と強制対流の 2 種類があります。自然対流では、流体の動きは流体内の高温の原子から生じます。高温の原子は、空気中の低温の原子に向かって上方に移動します。つまり、流体は重力の影響を受けて移動します。この例としては、たばこの煙の上昇する雲、または上方に上昇する車のボンネットからの熱が含まれます。強制対流では、流体はファン、ポンプ、またはその他の外部ソースによって強制的に表面上を移動します。
熱伝達と放射
放射 (熱放射と混同しないでください) は、何もない空間を通る熱の伝達を指します。この形式の熱伝達は、介在する媒体なしで発生します。放射線は、完全な真空の中でも完全な真空でも機能します。たとえば、太陽からのエネルギーは、熱の伝達によって地球が暖まる前に、宇宙の真空を通過します。
熱伝達は、化学工学や機械工学のカリキュラムなど、関連する科目の教育の不可欠な部分を形成します。製造業と HVAC (暖房、換気、空冷) は、熱力学と熱伝達の原理に大きく依存する産業の例です。熱科学と熱物理学は、熱伝達を扱う高等教育分野です。
