Μεταφορά θερμότητας έναντι Θερμοδυναμικής
Η μεταφορά θερμότητας είναι ένα θέμα που συζητείται στη θερμοδυναμική. Οι έννοιες της θερμοδυναμικής είναι πολύ σημαντικές στη μελέτη της φυσικής και της μηχανικής στο σύνολό της. Η Θερμοδυναμική θεωρείται ως ένα από τα σημαντικότερα πεδία σπουδών στη φυσική. Είναι ζωτικής σημασίας να έχουμε σωστή κατανόηση των εννοιών της μεταφοράς θερμότητας και της θερμοδυναμικής προκειμένου να διαπρέψουμε σε τομείς που έχουν εφαρμογές αυτών των εννοιών. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τι είναι η μεταφορά θερμότητας και η θερμοδυναμική, οι ορισμοί και οι εφαρμογές τους, οι ομοιότητες μεταξύ θερμοδυναμικής και μεταφοράς θερμότητας και τέλος η διαφορά μεταξύ θερμοδυναμικής και μεταφοράς θερμότητας.
Θερμοδυναμική
Η θερμοδυναμική μπορεί να χωριστεί σε δύο κύρια πεδία. Το πρώτο είναι η κλασική θερμοδυναμική και το δεύτερο είναι η στατιστική θερμοδυναμική. Η κλασική θερμοδυναμική θεωρείται ως ένα «πλήρες» πεδίο μελέτης, που σημαίνει ότι η μελέτη της κλασικής θερμοδυναμικής έχει ολοκληρωθεί. Ωστόσο, η στατιστική θερμοδυναμική εξακολουθεί να είναι ένα αναπτυσσόμενο πεδίο με πολλές ανοιχτές πόρτες.
Η κλασική θερμοδυναμική βασίζεται στους τέσσερις νόμους της θερμοδυναμικής. Ο μηδενικός νόμος της θερμοδυναμικής περιγράφει τη θερμική ισορροπία, ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής βασίζεται στη διατήρηση της ενέργειας, ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής βασίζεται στην έννοια της εντροπίας και ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής βασίζεται στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs. Η στατιστική θερμοδυναμική βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στο κβαντικό επίπεδο και η κίνηση και η μηχανική μικροσκοπικού επιπέδου εξετάζονται με τη θερμοδυναμική και ασχολούνται κυρίως με τη στατιστική.
Μεταφορά θερμότητας
Όταν δύο αντικείμενα, που έχουν θερμική ενέργεια, εκτίθενται, τείνουν να μεταφέρουν ενέργεια με τη μορφή θερμότητας. Για να κατανοήσουμε την έννοια της μεταφοράς θερμότητας πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε την έννοια της θερμότητας. Η θερμική ενέργεια γνωστή και ως θερμότητα είναι μια μορφή εσωτερικής ενέργειας ενός συστήματος. Η θερμική ενέργεια είναι η αιτία για τη θερμοκρασία ενός συστήματος. Η θερμική ενέργεια προκύπτει λόγω των τυχαίων κινήσεων των μορίων του συστήματος. Κάθε σύστημα που έχει θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν έχει θετική θερμική ενέργεια. Τα ίδια τα άτομα δεν περιέχουν καμία θερμική ενέργεια. Τα άτομα έχουν κινητικές ενέργειες. Όταν αυτά τα άτομα συγκρούονται μεταξύ τους και με τα τοιχώματα του συστήματος απελευθερώνουν θερμική ενέργεια ως φωτόνια. Η θέρμανση ενός τέτοιου συστήματος θα αυξήσει τη θερμική ενέργεια του συστήματος. Όσο υψηλότερη είναι η θερμική ενέργεια του συστήματος, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η τυχαιότητα του συστήματος.
Μεταφορά θερμότητας είναι η μετακίνηση της θερμότητας από το ένα μέρος στο άλλο. Όταν δύο συστήματα, τα οποία έρχονται σε θερμική επαφή, βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες, η θερμότητα από το αντικείμενο στην υψηλότερη θερμοκρασία θα ρέει προς το αντικείμενο με χαμηλότερη θερμοκρασία έως ότου οι θερμοκρασίες εξισωθούν. Μια διαβάθμιση θερμοκρασίας είναι απαραίτητη για μια αυθόρμητη μεταφορά θερμότητας.
Ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας μετριέται σε watt, ενώ η ποσότητα θερμότητας μετριέται σε joule. Η μονάδα βατ ορίζεται ως τζάουλ ανά μονάδα χρόνου.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Μεταφοράς Θερμότητας και Θερμοδυναμικής;
• Η θερμοδυναμική είναι ένα τεράστιο πεδίο μελέτης, ενώ η μεταφορά θερμότητας είναι μόνο ένα φαινόμενο.
• Η μεταφορά θερμότητας είναι ένα φαινόμενο που μελετάται στο πλαίσιο της θερμοδυναμικής.
• Η μεταφορά θερμότητας είναι μια ποσοτικά μετρήσιμη έννοια, αλλά η θερμοδυναμική δεν είναι τέτοιο θέμα.
