Các cơ chế truyền nhiệt

Quá trình vận chuyển nhiệt lượng từ một lưu thể này sang lưu thể khác qua 1 tường ngăn cách gọi là truyền nhiệt. Truyền nhiệt bao gồm cả dẫn nhiệt, cấp nhiệt và bức xạ nhiệt. Việc nắm vững khái niệm và cơ bản về truyền nhiệt giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các quá trình nhiệt và ứng dụng chúng vào cuộc sống hàng ngày và công việc.

Dẫn nhiệt

Định nghĩa

Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt khi có 2 điều kiện:

• Từ vùng có T_o cao đến vùng có T_o thấp
• Và giữa các phần của 1 vật hay giữa các vật tiếp xúc nhau.

Ta lấy thí dụ một thanh thép, một đầu có nhiệt độ cao, một đầu có nhiệt độ thấp. Như vậy có sự truyền nhiệt từ đầu có nhiệt độ cao đến đầu có nhiệt độ thấp. Nếu ta chia thanh thép thành nhiều phần, thì giữa hai phần kế tiếp nhau có sự tiếp xúc và liên kết rất chặt chẽ. Như vậy sự truyền nhiệt trong thanh thép này là “dẫn nhiệt”.

Hiện tượng này xảy ra cho vật chất ở cả ba trạng thái rắn, lỏng và khí. Tuy vậy, trong thực tế, sự dẫn nhiệt trong chất rắn được lưu ý hơn cả.

Cơ chế truyền nhiệt

Dẫn nhiệt là một trong các cơ chế truyền nhiệt quan trọng. Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt diễn ra thông qua việc chuyển động của các phân tử trong chất dẫn nhiệt. Khi một phân tử nóng tiếp xúc với một phân tử lạnh, năng lượng nhiệt sẽ được truyền từ phân tử nóng sang phân tử lạnh thông qua các va chạm giữa chúng.

Cách thức truyền nhiệt qua dẫn nhiệt có thể xảy ra theo hai hình thức chính là dẫn nhiệt dẫn và dẫn nhiệt bằng chất lỏng. Trong trường hợp dẫn nhiệt dẫn, truyền nhiệt xảy ra thông qua các vật chất rắn như kim loại, gốm sứ, đá, bê tông, v.v. Trong khi đó, trong dẫn nhiệt bằng chất lỏng, truyền nhiệt xảy ra thông qua chất lỏng như nước, dầu, khí, v.v.

Dẫn nhiệt có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp. Ví dụ, trong công nghiệp sản xuất, việc dẫn nhiệt được sử dụng để truyền nhiệt từ nguồn nhiệt đến các thiết bị khác nhau trong quá trình sản xuất. Trong đời sống, dẫn nhiệt được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như lò vi sóng, máy sưởi, bình nóng lạnh, v.v.

Đối lưu

Định nghĩa

Truyền nhiệt bằng đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi giữa một bề mặt vật rắn tiếp xúc với môi trường chất lỏng (khí) có nhiệt độ khác nhau -> có sự chuyển động của chất lỏng.

Cơ chế truyền nhiệt

Đối lưu là một cơ chế truyền nhiệt quan trọng trong hệ thống chuyển nhiệt. Khi áp dụng đối lưu, nhiệt được truyền qua các chất đối lưu. Các chất đối lưu như kim loại, nhựa đối lưu, và nước có khả năng truyền nhiệt tốt.

Quá trình truyền nhiệt bằng đối lưu diễn ra thông qua các electron tự do trong chất đối lưu. Khi chất đối lưu bị nhiệt độ gia tăng, electron sẽ di chuyển nhanh hơn, gây ra sự truyền nhiệt. Điều này xảy ra trong các vật liệu đối lưu như đồng, nhôm và sắt.

Truyền nhiệt bằng đối lưu được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và công nghiệp. Ví dụ, trong công nghiệp điện tử, đối lưu được sử dụng để truyền nhiệt từ các thành phần như transistor, vi mạch và bóng đèn. 

Bức xạ nhiệt

Định nghĩa

Ta đều biết vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử hay phân tử, và các nguyên tử hoặc phân tử này luôn luôn chuyển động. Do chuyển động này mà phát sinh ra sóng điện từ. Sóng đó có chứa năng lượng và được truyền ra không gian. Hiện tượng này gọi là bức xạ. Vậy:

Bức xạ nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa các vật có nhiệt độ khác nhau đặt cách xa nhau -> Năng lượng bức xạ truyền trong không gian dưới dạng sóng điện từ.

Cơ chế truyền nhiệt

Bức xạ là một cơ chế truyền nhiệt quan trọng trong tự nhiên và có ứng dụng rộng rãi trong đời sống và công nghiệp. Khi nhiệt được truyền qua bức xạ, không cần có chất truyền nhiệt vật lý, mà nhiệt được truyền qua không gian trống.

Cách thức truyền nhiệt qua bức xạ dựa trên nguyên lý phát xạ và hấp thụ nhiệt của các vật thể. Các vật thể có khả năng phát xạ nhiệt sẽ tỏa ra năng lượng dưới dạng sóng điện từ, gồm cả ánh sáng và nhiệt. Các vật thể khác có thể hấp thụ năng lượng phát xạ này, làm tăng nhiệt độ của chúng.

Bức xạ nhiệt có thể xảy ra trong môi trường chân không hoặc trong chất khí. Ánh sáng mặt trời là một ví dụ điển hình của truyền nhiệt bằng bức xạ, khi nhiệt từ Mặt Trời được truyền đến Trái Đất thông qua không gian trống.

Ứng dụng của bức xạ nhiệt rất phong phú. Chúng ta sử dụng bức xạ nhiệt trong các thiết bị như lò vi sóng, lò sưởi điện, bóng đèn, và các thiết bị điện tử khác.