Il trasferimento di calore occupa un campo che comprende una vasta gamma di funzioni, dai semplici processi di riscaldamento e raffreddamento degli oggetti a concetti termodinamici avanzati nella fisica termica. Per capire come una bibita si raffredda in estate o come il calore viaggia dal sole alla Terra, devi cogliere questi principi fondamentali del trasferimento di calore su un livello fondamentale.

Seconda legge della termodinamica

La seconda legge della termodinamica afferma che i trasferimenti di calore da un oggetto di una temperatura superiore a quella di una temperatura inferiore. Gli atomi di energia più elevata (e quindi la temperatura più alta) si muovono verso gli atomi di energia più bassi (temperatura più bassa) per mantenere l'equilibrio (noto come equilibrio termico). Il trasferimento di calore avviene per mantenere questo principio quando un oggetto si trova ad una temperatura diversa da un altro oggetto o suo ambiente.

Trasferimento di calore per conduzione

Quando particelle di materia sono in contatto diretto, calore trasferimenti per conduzione. Gli atomi adiacenti di energia superiore vibrano l'uno contro l'altro, il che trasferisce l'energia più alta a un'energia più bassa, o una temperatura più alta a una temperatura più bassa. Cioè, gli atomi di maggiore intensità e calore più elevato vibreranno, spostando così gli elettroni in aree di minore intensità e calore inferiore. Fluidi e gas sono meno conduttivi dei solidi (i metalli sono i migliori conduttori) perché sono meno densi, il che significa che c'è una maggiore distanza tra gli atomi.

Trasferimento termico con convezione

La convezione descrive il trasferimento di calore tra una superficie e un liquido o un gas in movimento. Quando il fluido o il gas viaggiano più velocemente, il trasferimento di calore convettivo aumenta. Due tipi di convezione sono la convezione naturale e la convezione forzata. In convezione naturale, il movimento fluido risulta dagli atomi caldi nel fluido, dove gli atomi caldi si muovono verso l'alto verso gli atomi più freddi nell'aria - il fluido si muove sotto l'influenza della gravità. Esempi di questo includono le nubi in aumento di fumo di sigaretta, o calore dal cofano di una macchina che sale verso l'alto. In convezione forzata, il fluido è costretto a viaggiare sulla superficie da una ventola o una pompa o da qualche altra fonte esterna.

Trasferimento di calore e radiazione

Radiazione (da non confondere con la radiazione termica) si riferisce al trasferimento di calore attraverso lo spazio vuoto. Questa forma di trasferimento di calore avviene senza un mezzo intermedio; la radiazione funziona anche dentro e attraverso un vuoto perfetto. Ad esempio, l'energia proveniente dal sole viaggia attraverso il vuoto dello spazio prima del trasferimento di calore riscalda la Terra.

Il trasferimento di calore costituisce parte integrante dell'istruzione in materie rilevanti, come nel curriculum di ingegneria chimica o meccanica . Produzione e HVAC (riscaldamento, ventilazione e raffreddamento ad aria) sono esempi di settori che fanno molto affidamento sulla termodinamica e sui principi del trasferimento di calore. Le scienze termiche e la fisica termica sono campi di istruzione superiori che si occupano del trasferimento di calore.