6 การส่งถ่ายความร้อนเบื้องต้น

การส่งถ่ายความร้อน (Heat transfer)

ความร้อน สามารถเคลื่อนที่ได้ 3 รูปแบบ คือ

การนำ (Conduction)

การพา (Convection)

และการแผ่รังสี (Radiation)

รูปการส่งถ่ายความร้อนในรูปแบบต่าง ๆ

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปการส่งถ่ายความร้อนในรูปแบบต่าง ๆ 2

      ในพฤติกรรมทางความร้อน โดยธรรมชาติความร้อนจะเคลื่อนที่จากอุณหภูมิสูง ไปยังอุณหภูมิต่ำ ยกตัวอย่างเช่น น้ำแข็งในแก้วน้ำที่มีน้ำอยู่ น้ำจะมีอุณหภูมิสูงกว่าจึงถ่ายเทความร้อนไปที่น้ำแข็งที่มีอุณหภูมิเย็นกว่า ทำให้น้ำแข็งละลาย และจะหยุดถ่ายเทความร้อน ก็ต่อเมื่อมันมีอุณหภูมิที่เท่ากัน

รูปน้ำแข็งในแก้วน้ำ

วิดีโออธิบายเรื่องการส่งถ่ายความร้อน

การนำ

          เป็นการส่งถ่ายอุณหภูมิโดยที่ตัวกลางนั้นอยู่กับที่ ยกตัวอย่างเช่น เราจับแท่งเหล็กแท่งหนึ่ง แล้วนำปลายของแท่งเหล็กนั้นไปเผาไฟ สักพักมือเราที่จับปลายอีกด้านก็จะรู้สึกถึงความร้อนที่มือ

รูปตัวอย่างของการนำความร้อน

      นี้คือตัวอย่างของการนำความร้อน ตัวกลางได้แก่ แท่งเหล็กที่มีความร้อนวิ่งผ่าน ส่วนตัวอย่างอื่น ๆ เช่น การนำความร้อนผ่านกำแพงบ้าน (กำแพงเป็นตัวกลาง) ความร้อนผ่านหลังคา (หลังคาเป็นตัวกลาง) ความร้อนผ่านผนังท่อ (ผนังท่อเป็นตัวกลาง)

ส่วนอัตราการนำความร้อน ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิ และคุณสมบัติการนำความร้อนของวัสดุนั้น ๆ

การพา

          เป็นการส่งถ่ายอุณหภูมิโดยที่ตัวกลางนั้นเคลื่อนที่ไปกับอุณหภูมิด้วย ยกตัวอย่างเช่น น้ำที่มีอุณหภูมิไหลผ่านท่อซึ่งน้ำจะทำหน้าที่เป็นตัวกลางที่พาความร้อนไปกับน้ำเคลื่อนที่ไปพร้อมกัน

รูปตัวอย่างการพาความร้อน

      ส่วนอัตราการพาความร้อน ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิ ความเร็วของการไหลของตัวกลาง และชนิดของของไหล

การแผ่รังสี

          เป็นการถ่ายเทอุณหภูมิที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ยกตัวอย่างเช่น ดวงอาทิตย์การแผ่รังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลก ความร้อนเคลื่อนผ่านอวกาศ ผ่านชั้นบรรยากาศของโลก ผ่านบ้าน และก็มาถึงคนก็จะรู้สึกร้อน

รูปการแผ่รังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลก

      อัตราในการแผ่รังสีความร้อน ที่มีปริมาณมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิ ปริมาณอุณหภูมิที่แพร่ออกจากแหล่งกำเนิด แล้วนำการแพร่นั้นมาเปรียบเทียบกับวัตถุดำ (Black body) (วัตถุดำเป็นวัตถุทางอุดมคติไม่มีจริงในโลกนี้ ส่วนที่เห็นว่าเป็นสีดำ ในทางวิทยาศาสตร์ไม่ถือว่าดำจริง)

      ในบางครั้งเราจะพบว่า การถ่ายเทความร้อนนั้น อาจมีได้ทั้ง 3 แบบผสมผสานกันไป ยกตัวอย่างเช่น แท่งเหล็กที่เราเอามือจับ และนำเอาอีกด้านหนึ่งไปเผาไฟ

การนำ ก็คือความร้อนวิ่งผ่านแท่งเหล็กมาสู่มือเรา

การพา ก็คือเมื่อลมพัดผ่าน ความร้อนของแท่งเหล็กก็จะวิ่งมาหาเรา

รูปแท่งเหล็กที่ร้อน

ส่วนการแผ่รังสี ก็คือความร้อนของแท่งเหล็กแผ่ออกมาทำให้รู้สึกร้อน ถ้าลองเอากระจกไสไปกันระหว่างเรากับแท่งเหล็กร้อน เรายังรู้สึกถึงความร้อนนั้นอยู่ ความร้อนที่มาจากเหล็กร้อนนั้นเคลื่อนที่ผ่านแก้วได้

 การถ่ายเทความร้อนในระบบไครโอเจนิกส์ มีอุณหภูมิที่ไหลผ่านออกมาเป็นอุณหภูมิที่สูญเสีย ในบริเวณที่ต้องการรักษาอุณหภูมิให้มีค่าคงที่

การแก้ไขในระบบไครโอเจนิกส์เพื่อไม่ให้อุณหภูมิสูญเสียนี้ ยกตัวอย่างเช่น ใช้วิธีแจ็คเก็ตสุญญากาศ (Vacuum jackets), ทำเกราะป้องกันโดยใช้ไนโตรเจน (Nitrogen shields) ฯลฯ

รูปวิธีแจ็คเก็ตสุญญากาศ

นอกจากนี้ยังมีวิธีลดการสูญเสียของอุณหภูมิอีกหลายวิธี ซึ่งจะขึ้นอยู่กับความชำนาญ และประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานด้านไครโอเจนิกส์

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“เกียรติยศ

ย่อมมาจาก การกระทำที่สุจริต”

ขงเบ้ง