Kmecfiunit

ไฟล์:การถ่ายโอนความร้อน.gif

รูปนี้จะแบ่งให้เห็นระหว่างการการนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีความร้อน

การถ่ายโอนความร้อนจะมี3รูปแบบดังที่เห็นในรูปซึ่งทั้ง3แบบจะมีความสัมพันธ์กัน

การถ่ายเทความร้อน Heat tranfermation

การถ่ายเทความร้อนเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดขึ้น เมื่ออุณหภูมิระหว่างตำแหน่งสองตำแหน่งในจักรวาลมีค่าแตกต่างกัน โดยความร้อนจะถ่ายเทจากที่ที่มีอุณหภูมิสูงไปที่มีอุณหภูมิต่ำเสมอ ดังตัวอย่างเช่น ในชีวิตประจำวันที่เราพบเห็น เช่น เมื่อเราเอามือเราไปจับน้ำแข็งซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่ามือเราสักพักเราจะรู้สึกเย็น ที่เป็นเช่นนี้เพราะร่างกายสูญเสียความร้อนไปให้น้ำแข็งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าทำให้เรารู้สึกเย็น การถ่ายเทความร้อนจึงมีความสำคัญในชีวิตประจำวันและในอุตสาหกรรมแปรรูปอาหาร โดยใช้ในกระบวนการแปรรูปที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและความเย็นในโรงงานแปรรูปอาหาร เช่น กระบวนการแช่เย็น การแช่แข็ง การฆ่าเชื้อโดยใช้ความร้อน การอบแห้ง และการระเหย กระบวนการเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนความร้อนระหว่างผลิตภัณฑ์และตัวกลางให้ความร้อน หรือ ความเย็น

การถ่ายเทความร้อนจำแนกได้ 3 แบบ

1.การนำความร้อน(Conduction)

การนำความร้อนคือ ปรากฏการณ์ที่พลังงานความร้อนถ่ายเทภายในวัตถุหนึ่ง ๆ หรือระหว่างวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกัน โดยมีทิศทางของการเคลื่อนที่ของพลังงานความร้อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า โดยที่ตัวกลางไม่มีการเคลื่อนที่ การนำความร้อนเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นบนชั้นอะตอมของอนุภาค เป็นหนึ่งในกระบวนการถ่ายเทความร้อน ในโลหะ การนำความร้อนเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ(คล้ายการนำไฟฟ้า)ในของเหลวและของแข็งที่มีสภาพการนำความร้อนต่ำเป็นผลมาจากการสั่นของโมเลกุลข้างเคียง ในก๊าซ การนำความร้อนเกิดขึ้นผ่านการสั่นสะเทือนระหว่างโมเลกุลหรือกล่าวคือการนำความร้อนเป็นลักษณะการถ่ายเทความร้อนผ่าน โดยตรงจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งโดยการสัมผัสกัน เช่น การเอามือไปจับกาน้ำร้อน จะทำให้ความร้อนจากกาน้ำถ่ายเทไปยังมือ จึงทำให้รู้สึกร้อน เป็นต้น วัสดุใดจะนำความร้อนดีหรือไม่ดี ขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์การนำความร้อน(k)

2.การพาความร้อน(Convection)

การพาความร้อนเป็นการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นได้ ในสสารสองสถานะคือ ของเหลวและก๊าซ เนื่องจากเป็นสิ่งที่สามารถเคลื่อนที่ได้โดยจะมีทิศทางลอยขึ้นเท่านั้น เนื่องจาก เมื่อสสารได้รับความร้อนจะมีการขยายตัว ทำให้ความหนาแน่นต่ำลง และสสารที่มีอุณหภูมิ ต่ำกว่า (ความหนาแน่นสูงกว่า) ก็จะลงมาแทนที่ ปรากฏการณนี้มีตัวอย่างคือ การเกิดลมบก ลมทะเล เป็นต้น การนำความร้อนเป็นการถ่ายเทความร้อนโดยการเคลื่อนที่ของโมเลกุลผ่านของแข็งหรือผ่านของไหลที่อยู่กับที่ อันเป็นผลมาจากอุณหภูมิที่แตกต่างกัน การนำความร้อนต่อหน่วยพื้นที่ ต่อหน่วยเวลา

รูปนี้แสดงให้เห็นถึงการคำนวณการพาความร้อนที่ปกคลุมบนโลก สีใกล้เคียงกับสีแดงเป็นพื้นที่บริเวณร้อนและสีที่ใกล้เคียงกับสีฟ้าเป็นพื้นที่บริเวณที่เย็น

หลักการพาความร้อน(convection Heat Transfer)

เรามักจะทราบกันแล้วว่าถ้านำแผ่นโลหะร้อนที่กำลังจะเย็นตัวลงอย่างเร็ว เมื่อนำไปวางให้พัดลมเป่านั้นจะดีกว่าการนำไปวางไว้ในอากาศนิ่งๆ วิธีนี้เรียกว่าการพา หรือเรียกว่ากระบวนการถ่ายโอนความร้อนด้วยการพา สำหรับการพาได้มาจากการดึงเอาพฤติกรรมที่สังเกตได้นกระบวนการถ่ายโอนความร้อน ในการถ่ายโอนความร้อนด้วยการพานั้นจะต้องคำนึงถึงค่าความเร็วของของไหลด้วยคือ ค่าอุณหภูมินั้นขึ้นอยู่กับอัตราของของการไหลที่นำความร้อนออกไป หากมีความเร็วสูงก็จะทำให้มีค่าการพาความร้อนที่อุณหภูมิสูงด้วย ถ้าแผ่นเรียบที่ให้ความร้อนแล้ว นำไปวางในห้องที่มีอากาศล้อมรอบ จะไม่มีแหล่งความร้อนภายนอกที่อาจจะเคลื่อนเข้ามา การเคลื่อนที่ผ่านของอากาศ ผลลัพธ์ของค่าความหนาแน่นจะอยู่ใกล้กับแผ่นเรียบ เราเรียกว่าการพาโดยธรรมชาติหรืออิสระ ลักษณะการพาเช่นนี้แตกต่างกับวีธีการพาด้วยแรงบังคับ ซึ่งจากประสบการณ์ก็การใช้พัดลงเป่าอากาศเป่าลงบนแผ่นเรียบ

ประเภทของการพาความร้อน

การพาความร้อนแบบธรรมชาติหรือแบบอิสระ(Natural or Free Convection)

-การเคลื่อนที่ของความร้อนระหว่างผิวของของแข็งและของไหล โดยไม่มีกลไกใดๆทำให้ของไหลเคลื่อนที่แต่เกิดจากแรงลอยตัวของของไหลเอง

-แรงลอยตัวเกิดจากผลการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น ที่มีอุณหภูมิของของไหล แตกต่างกัน ใน 2 บริเวณ

การพาความร้อนแบบบังคับ(Forced Convection)

การเคลื่อนที่ของความร้อนระหว่างผิวของของแข็งและของไหล โดยของ ไหลถูกบังคับให้เคลื่อนที่ไปสัมผัสกับผิวของของแข็งโดยกลไกภายนอก เช่น พัดลม เครื่องสูบ

3.การแผ่รังสีความร้อน(Radiation)

การแผ่รังสีความร้อน (Radiation) เป็นการถ่ายเทความร้อนออกรอบตัวทุกทิศทุกทาง โดยมิต้องอาศัยตัวกลางในการส่งถ่ายพลังงาน ดังเช่น การนำความร้อน และการพาความร้อน การแผ่รังสีสามารถถ่ายเทความร้อนผ่านอวกาศได้ วัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า -270 ํC หรือ 0 K (เคลวิน) ย่อมมีการแผ่รังสี วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงแผ่รังสีคลื่นสั้น วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำแผ่รังสีคลื่นยาว เช่น การตากปลาแห้ง ตากเสื่อผ้ากลางแจ้ง ทั้งนี้การแผ่รังสี คือการถ่ายโอนความร้อนโดยไม่ต้องผ่านตัวกลางใดๆ เช่น ความร้อนที่เกิดจากดวงอาทิตย์ถือเป็นความร้อนที่เกิดจากการถ่ายโอนความร้อนโดยการแผ่รังสี โดยที่วัตถุแต่ละชนิดสามารถดูดกลืนความร้อนจากการแผ่รังสีได้ไม่เท่ากัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ

1. สีของวัตถุ วัตถุสีดำหรือสีเข้มดูดกลืนความร้อนได้ดีกว่าวัตถุสีขาวหรือสีอ่อน

2. ผิววัตถุ วัตถุผิวขรุขระดูดกลืนความร้อนได้ดีกว่าวัตถุผิวเรียบและขัดมัน

คุณสมบัติของการแผ่รังสี

เมื่อการแผ่พลังงานไปกระทบกับพื้นผิวของวัตถุ ส่วนหนึ่งเกิดการสะท้อน ส่วนหนึ่งถูกดูดกลืนไว้ และอีกส่วนหนึ่งถูกส่งผ่านวัตถุ

กลไกทางกายภาพ

ประเภทของการแผ่รังสีของคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่หลายประเภท แต่ในที่นี้จะพูดถึงการแผ่รังสีความร้อนเท่านั้น ซึ่งจะกล่าวได้ว่าผลที่เกิดจากแพร่ด้วยค่าความเร็วของแสง 3x10^8 m/s ความเร็วนี้เท่ากับผลที่ได้จากความยาวคลื่นและความถี่ของการแผ่รังสี

C = λv
C = ความเร็วแสง,λ = ความยาวคลื่น,v = ความถี่
หน่วยของλอาจเป็นcm,angstrom หรือ μm 

การถ่ายเทความร้อนในร่างกายมนุษย์

หลักการของการถ่ายเทความร้อนในระบบวิศวกรรมสามารถนำไปใช้กับร่างกายมนุษย์เพื่อที่จะกำหนดวิธีการที่ร่างกายถ่ายโอนความร้อน ความร้อนที่เกิดขึ้นในร่างกายโดยการเผาผลาญอย่างต่อเนื่องของสารอาหารที่ให้พลังงานสำหรับระบบของร่างกาย ร่างกายมนุษย์จะต้องรักษาอุณหภูมิภายในที่สอดคล้องกันในการที่จะรักษาการทำงานของร่างกายให้มีสุขภาพดี ดังนั้นความร้อนส่วนเกินจะต้องกระจายออกจากร่างกายเพื่อให้อุณหภูมิภายในร่างกายมีความสมดุล เมื่อมีการออกกำลังกายจะทำให้อัตราการเผาผลาญและอัตราการผลิดความร้อนในร่างกายก็จะเพิ่มขึ้น ร่างกายก็จะมีการถ่ายเทความร้อน ออกจากร่างกายเพื่อปรับสมดุลจึงทำให้ร่างกายมีสุขภาพดี

---