Hőátadás
Hőátadás, a fizikában egy olyan folyamat, amelynek során az energia hő formájában cserélődik különböző testek között, vagy ugyanazon test különböző, különböző hőmérsékletű részei között. Hőátadás konvekció, sugárzás vagy vezetés útján. Bár ez a három folyamat egyszerre mehet végbe, előfordulhat, hogy az egyik mechanizmus túlsúlyban van a másik kettővel szemben. Például a hőt egy ház falán keresztül elsősorban vezetéssel továbbítják, a gázégő fazékában lévő vizet nagyrészt konvekcióval melegítik fel, és a Föld szinte kizárólag sugárzás útján kap hőt a Naptól.
A hőt háromféleképpen lehet továbbítani: vezetéssel, konvekcióval és sugárzással. A vezetés a hő átadása szilárd tárgyon keresztül: ez okozza a póker fogantyújának felmelegedését, bár csak a hegye van a tűzben. A konvekció a meleg és a hideg molekulák cseréjével továbbítja a hőt: ez az oka annak, hogy a vízforralóban lévő víz egyenletesen melegszik, annak ellenére, hogy csak az alsó része érintkezik a lánggal. A sugárzás a hő átadása elektromágneses sugárzással (általában infravörös): ez a fő mechanizmus, amellyel a tűz felmelegíti a helyiséget.
Szilárd anyagokban a hőátadás egyetlen formája a vezetés. Ha egy fémrúd egyik végét úgy melegítjük, hogy megnő a hőmérséklete, akkor a hő vezetéssel továbbítja a hidegebb véget. A szilárd anyagokban a hővezetés pontos mechanizmusa nem teljesen ismert, de feltételezhetően részben annak köszönhető, hogy a szabad elektronok mozgatják az energiát, ha hőmérséklet-különbség van. Ez az elmélet megmagyarázza, hogy a jó elektromos vezetők miért is jó hővezetők. 1822-ben Joseph Fourier francia matematikus pontos matematikai kifejezést adott, amelyet napjainkban Fourier hővezetési törvényének neveznek. Ez a törvény kimondja, hogy a testen keresztüli hővezetés sebessége keresztmetszetenként arányos a testben fennálló hőmérsékleti gradienssel (a jel megváltozott).
Az arányossági tényezőt az anyag hővezetőképességének nevezzük. Az olyan anyagok, mint az arany, ezüst vagy réz, magas hővezető képességgel rendelkeznek, és jól vezetik a hőt, míg az olyan anyagok, mint az üveg vagy az azbeszt vezetőképessége több száz, sőt ezerszer alacsonyabb; nagyon rosszul vezetik a hőt, és szigetelőként ismertek. A mérnöki munkában meg kell tudni a szilárd anyag hővezetési sebességét, amelyben ismert hőmérséklet-különbség van. A megismerés nagyon összetett matematikai technikákat igényel, különösen akkor, ha a folyamat idővel változik; ebben az esetben tranziens hővezetésről beszélünk. Analóg és digitális számítógépek segítségével ezek a problémák már bonyolult geometriájú testek esetében is megoldhatók.
Ha egy folyadékban vagy gázban különbség van a hőmérsékleten, akkor a folyadék mozgása szinte biztosan bekövetkezik. Ez a mozgás a konvekciónak nevezett folyamattal továbbítja a hőt a folyadék egyik részéből a másikba. A folyadék mozgása lehet természetes vagy kényszerű. Ha folyadékot vagy gázt melegítenek, annak sűrűsége (térfogategységre eső tömeg) általában csökken. Ha a folyadék vagy gáz a gravitációs mezőben van, akkor a melegebb és kevésbé sűrű folyadék felemelkedik, míg a hidegebb és sűrűbb folyadék leereszkedik. Ezt a fajta mozgást, kizárólag a folyadék hőmérsékletének nem egyenletessége miatt, természetes konvekciónak nevezzük. Az erőltetett konvekciót úgy érik el, hogy a folyadékot nyomásgradiensnek vetik alá, ezáltal a folyadékmechanika törvényei szerint kényszerítik mozgását.