การถ่ายโอนความร้อน

การถ่ายโอนความร้อน (Heat Transfer)

                                 

(https://www.google.com/search?q=heat+transfer&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwj6x4WIjrDfAhVJpo8KHWIrDQ4Q_AUIDigB&biw=1094&bih=506#imgrc=P57mWGSXRHv4KM:)

       การถ่ายโอนความร้อนมี 3 วิธี คือ การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีความร้อน

       การนำความร้อนเป็นการถ่ายโอนความร้อนที่อาศัยตัวกลาง โดยที่อนุภาคของตัวกลางไม่เคลื่อนที่ แต่สั่นต่อเนื่องกันไป 

       การพาความร้อนเป็นการถ่ายโอนความร้อนซึ่งอาศัยตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือแก๊ส โดยที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ไปพร้อมกับพาความร้อนไปด้วย 

       การแผ่รังสีความร้อนเป็นการถ่ายโอนความร้อนที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลาง แต่ความร้อนส่งผ่านโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

        ความร้อนถ่ายโอนจากสสารที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังสสารที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจนกระทั่งอุณหภูมิของสสารทั้งสองเท่ากัน สภาพที่สสารทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากัน เรียกว่า สมดุลความร้อน 

        เมื่อมีการถ่ายโอนความร้อนระหว่างสสารซึ่งมีอุณหภูมิต่างกันจนเกิดสมดุลความร้อน ปริมาณความร้อนที่สสารหนึ่งได้รับจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่อีกสสารหนึ่งสูญเสีย

    การนำความร้อน (heat conduction)

          การนำความร้อน เป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยการสั่นของอนุภาคอย่างต่อเนื่อง และถ่ายโอนความร้อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่า ไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า การนำความร้อนเกิดขึ้นได้กับสสารทุกสถานะ สสารในแต่ละสถานะนำความร้อนได้ดีไม่เท่ากัน สสารในสถานะของแข็งนำความร้อนได้ดีกว่าของเหลว และแก๊ส ตามลำดับ          เมื่อให้ความร้อนแก่แผ่นอะลูมิเนียมซึ่งเป็นโลหะ แผ่นอะลูมิเนียมในบริเวณที่ได้รับความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณอื่น ความร้อนจึงถ่ายโอนไปยังบริเวณที่อยู่ข้างเคียงซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า จนทำให้อุณหภูมิบริเวณข้างเคียงมีอุณหภูมิสูงขึ้น ความร้อนถ่ายโอนอย่างต่อเนื่องจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าในบริเวณที่อยู่ห่างออกไป

          การนำความร้อนจะมีค่ามากหรือน้อย นอกจากปัจจัยการจัดเรียงอนุภาคของสสารแล้ว ยังมีปัจจัยอื่นเกี่ยวข้องอีก สสารโดยทั่วไปมีสมบัติในการนำความร้อนได้ไม่เท่ากัน โลหะสามารถนำความร้อนได้ดี แต่สสารบางชนิดนำความร้อนได้ไม่ดี เช่น พลาสติก น้ำ อากาศ เป็นต้น          สสารที่นำความร้อนได้ดี เรียกว่า ตัวนำความร้อน สสารที่นำความร้อนได้ไม่ดี เรียกว่า ฉนวนความร้อน        

การพาความร้อน (heat vection)

          การพาความร้อน คือ การถ่ายโอนความร้อนของของเหลวหรือแก๊ส โดยอนุภาคของของเหลวหรือแก๊สเป็นตัวกลางพาความร้อนไปพร้อมกับการเคลื่อนที่ของอนุภาค
          การถ่ายโอนความร้อนของของเหลวซึ่งเมื่ออนุภาคของของเหลวที่จัดเรียงตัวกันอย่างหลวม ๆ ได้รับความร้อน อนุภาคจะมีพลังงานสูงขึ้น เคลื่อนที่เร็วขึ้น และอนุภาคอยู่ห่างกันมากขึ้น ทำให้ของเหลวมีปริมาตรมากขึ้น ความหนาแน่นของของเหลวบริเวณด้านล่างนั้นจะลดลง อนุภาคของของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจึงเคลื่อนที่ขึ้นมาด้านบนพร้อมกับเป็นตัวกลางพาความร้อนไปด้วย อนุภาคของของเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าซึ่งอยู่ข้างเคียงจะเคลื่อนที่เข้ามาแทนที่ และเมื่ออนุภาคของของเหลวที่เข้ามาแทนที่ได้รับความร้อนก็จะเกิดกระบวนการแบบเดียวกับที่กล่าวมาซ้ำอีกอย่างต่อเนื่อง

          เมื่ออากาศหรือสสารในสถานะแก๊สได้รับความร้อน อนุภาคของแก๊สที่อยู่ห่างกันจะมีพลังงานสูงขึ้น เคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น อนุภาคอยู่ห่างกันมากขึ้น แก๊สจึงมีปริมาตรมากขึ้น ทำให้ความหนาแน่นของแก๊สลดลง แก๊สที่มีอุณหภูมิสูงจะลอยตัวสูงขึ้นพร้อมกับพาความร้อนไปด้วย
          ดังนั้นสสารทั้งในสถานะของเหลวและแก๊สจึงมีการถ่ายโอนความร้อนโดยการพาความร้อน ซึ่งอนุภาคของสสารเป็นตัวกลางในการพาความร้อนไปพร้อมกับการเคลื่อนที่ของอนุภาค

การแผ่รังสีความร้อน (Heat  Radiation)

          การแผ่รังสีความร้อน คือ การถ่ายโอนความร้อนโดยการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งไม่ต้องอาศัยตัวกลาง          สสารที่มีพลังงานความร้อนจะสามารถแผ่ความร้อนออกมาในรูปของรังสีอินฟราเรด ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ระหว่างดวงอาทิตย์กับโลกมีบริเวณที่เป็นสุญญากาศ  คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็ยังสามารถแผ่จากดวงอาทิตย์มายังโลกได้ จึงทำให้โลกมีอุณหภูมิสูงขึ้น

          การแผ่รังสีความร้อนจากแหล่งความร้อนต่าง ๆ โดยการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่อาศัยตัวกลางใด ๆ ในการเคลื่อนที่  โดยเขียนลูกศรแสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งความร้อนแผ่ออกไปโดยรอบ  อย่างไรก็ตามการแผ่รังสีความร้อนเกิดในบริเวณที่มีตัวกลางก็ได้ เช่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแผ่ผ่านอากาศได้