에너지가 한 물체에서 다른 물체로 전달되거나, 한 물체의 일부에서 다른 부분으로 전달되는 과정을, 일을 하지 않고 온도차이만 있는 조건에서의 열 전달이라고 한다. 자연에서는 물체 사이 또는 같은 물체의 다른 부위 사이에 온도차가 있는 한 물체 사이의 온도가 동일할 때까지 열 전달이 가능하므로 열 전달은 보편적인 현상이다.
열전달의 기본 형태
열 전달에는 열 전도, 열 복사 및 열 대류의 세 가지 기본 형태가 있습니다. 물체 내부나 물체 사이에 온도차가 있는 한, 열은 불가피하게 열전도, 열 복사, 열 대류의 세 가지 방법 중 하나 이상을 고온에서 저온으로 전달한다.
첫째, 열전도
열전도는 물체 내부의 온도차나 두 개의 서로 다른 물체의 직접 접촉을 통해 상대 모션을 생성하는 것이 아니라 물체 내부의 입자만 통과하는 열 운동입니다.
상이한 물질의 내부 열전도 메커니즘은 다르다. 기체 내부의 열전도는 주로 내부 분자의 불규칙한 열운동과 상호 충돌의 결과이다. 전도성이 없는 고체에서는 격자 구조의 균형 위치 근처에서 진동하여 인접한 분자에 에너지를 전달하여 열 전도를 달성합니다. 금속 고체의 열전도는 자유 전자가 격자 구조 사이의 운동을 통해 이루어진다.
열전도는 고체 열전달의 주요 방법입니다. 기체나 액체와 같은 유체에서, 열의 전도 과정은 일반적으로 대류와 동시에 발생한다.
둘째, 열 복사
열 복사는 물체가 전자파를 통해 에너지를 전달하는 과정이다. 열로 인해 물체의 내부 에너지가 전자파의 에너지로 전환된다.
온도가 절대 영도보다 높은 모든 물체는 열 방사를 일으킨다. 온도가 높을수록 복사의 총 에너지가 커진다. 열 복사의 스펙트럼은 연속 스펙트럼으로 파장 적용 범위는 이론적으로 0 에서 무한대까지 가능합니다. 일반적으로 열 복사는 주로 파장이 긴 가시광선과 적외선을 통해 전파된다.
한 물체가 밖으로 에너지를 방출할 때, 그것은 또한 다른 물체가 방사하는 에너지를 흡수한다. 한 물체에서 방출되는 에너지가 동시에 흡수되는 에너지와 정확히 같으면 복사 과정은 균형 잡힌 복사라고 합니다. 이때 물체는 고정된 온도를 가지고 있다.
열 복사는 광속으로 진공을 통해 한 물체에서 다른 물체로 열을 전달할 수 있다. 어떤 물체든 온도가 절대 영도보다 높으면 전자파를 방사하여 물체에 흡수되어 열광선이라고 한다. 전자파의 전파에는 어떤 매체도 필요하지 않으며, 열 복사는 진공에서 유일한 열 전달 방식이다.
셋째, 열대류
열대류는 물체의 유체가 열팽창 냉수축과 변위를 이용하여 열을 생성하는 두 가지 성질로, 서로 다른 온도의 다른 부위 간에 열을 전달하는 것이다.
유체의 각 부분은 서로 접촉하기 때문에 유체의 전체 운동으로 인한 열 대류뿐만 아니라 유체의 미시 입자 운동으로 인한 열 전도도 동반된다.
대류 열전달 계수는 대류 열전달 능력을 나타냅니다. 대류 열전달 계수에 영향을 미치는 주요 요인으로는 흐름 원인, 흐름 조건, 유체 특성, 열 교환 표면 특성 등이 있습니다. 대류 열전달 계수는 이론적 유도, 치수 분석 및 실험을 통해 얻을 수 있습니다.