Šíření tepla

Šíření tepla (též sdílení tepla) je jedním ze způsobů přenosu energie. Spočívá v tepelné výměně, což je termodynamický děj, při kterém dochází k přestupu tepla mezi dvěma tělesy s různou teplotou. Těleso s vyšší teplotou předává část své vnitřní energie tělesu s nižší teplotou.

Tepelnou výměnu lze kvantitativně měřit například pomocí kalorimetru. Samovolným šířením tepla (tedy bez konání práce) se zabývá obor termiky zvaný termokinetika.

Šíření tepla může probíhat

• vedením (kondukcí),
• prouděním (konvekcí),
• sáláním (též radiací nebo zářením).

Šíření tepla v rámci jednoho tělesa

Při šíření tepla nastávají i případy, kdy se teplo šíří v rámci jednoho tělesa. U přenosu tepla:

• vedením je příkladem šíření tepla uvnitř kovové lžičky ponořené v horké kapalině.
• prouděním je příkladem plynné těleso (například vzduch v obrácené sklenici), kdy je sklenice zahřívána, vzduch v ní se samovolně promíchá, nastane rovnovážný stav a v tělese se ve všech místech nastane teplotní rovnována
• sáláním je příkladem textilií, kdy bylo dokázáno, že uvnitř textilie dochází k přenosu tepla sáláním z jednoho vlákna na druhé.

Šíření tepla vedením

Podrobnější informace naleznete v článku Vedení tepla.

Při výměně tepla vedením se teplo (forma energie) šíří vzájemnými nárazy atomů nebo molekul. U výměny tepla vedením se látky rozlišuji na tepelné vodiče a tepelné izolanty pomocí hodnoty koeficientu tepelné vodivosti λ (též součinitele přestupu tepla).

V tepelných vodičích se děje výměna rychleji, v tepelných izolantech – za stejných podmínek – pomaleji. Vakuum nevede teplo vůbec, a je proto úplným tepelným izolantem s hodnotou λ = 0 W·m⁻¹·K⁻¹. Pokud je vakuum vystavení v rámci tepelných izolantů, jedná se spíše o velký podtlak, s hodnoto λ = 0,004 W·m⁻¹·K⁻¹. Velmi nízkou hodnotu součinitele tepelné vodivosti má vzduch (za předpokladu, že nemůže proudit) a to λ = 0,0262 W·m⁻¹·K⁻¹. Vzduch je pro svoje tepelné vlastnosti součástí mnoha izolačních materiálů – textilií, polystyrenu, cihel, skelné vaty. Tyto materiálu vedou teplo velmi pomalu, jsou považovány za izolanty a mají velmi nízkou hodnotu koeficientu tepelné vodivosti. Naopak dobrými tepelnými vodiči jsou kovy s hodnou součinitele v řádu vyšších desítek až nižších stovek W·m⁻¹·K⁻¹, například hliník má λ = 221 W·m⁻¹·K⁻¹ a stříbro 418 W·m⁻¹·K⁻¹.

Šíření tepla prouděním

Podrobnější informace naleznete v článku Šíření tepla prouděním.

Tepelná energie se vedením a prouděním může šířit pouze v prostředí, které je vyplněno látkou. Příčinou šíření je neustálý fyzický pohyb částic hmoty. Částice s vyšší kinetickou energií se přesouvají do míst a nižší energií. Může být přirozené založené na faktu, že teplejší vzduch nebo voda mají nižší hustotu než média studenější nebo nucené, kdy směr molekul tekutiny s vyšší energií je určen vnějšími silami – fénem nebo větrem.

Šíření tepla sáláním

Podrobnější informace naleznete v článku Sálání.

Sálání se svou povahou odlišuje od vedení a proudění, neboť tepelná energie se může přenášet i v prostoru, který není vyplněn látkou (ve vakuu). Důvodem je skutečnost, že sálání je svou podstatou elektromagnetické záření nebo též vlnění, které ke svému přenosu látkové prostředí nepotřebuje. V elektromagnetickém spektru je tento přenos tepla označován jako infračervené záření (IR, z angl. infra-red).

Sálají všechna tělesa, jejichž teplota je vyšší než absolutní nula, to znamená vyšší než 0 Kelvinů. Sálání tělesa (vyzařování energie) je úměrné jeho teplotě T⁴. To znamená, že pokud se teplota tělesa (v Kelvinech) zvýší 2x, vyzářená energie se zvýší 16x. Proto jsou významnými zářiči velmi horká tělesa jako je wolframové vlákno žárovky, Slunce, oheň nebo technický produkt – infrazářič.

Sálání se šíří rychlostí světla (ve vakuu i látkových prostředích), stejně jako jakýkoliv jiný druh elektromagnetického záření.

Přenos tepla a sauny

Podrobnější informace naleznete v článcích Sauna a Infrasauna.

V saunách probíhá přenos tepla různými způsoby.

Ve finské sauně, kde se teplota vzduchu pohybuje nejčastěji v rozmezí 90-110°C (při zanedbatelné relativní vlhkosti vzduchu) probíhá přenos tepla vedením. Molekuly vzduchu mající vysokou energií narážejí na molekuly lidské pokožky. Tak se postupně, relativně pomalu, tělo prohřívá.

Při saunových ceremoniálech, kdy se horký vzduch v sauně (často) pomocí vějířů nebo prostěradel hýbe, přibývá k vedení i přenos tepla prouděním (nucené proudění).

Naopak v infrasaunách tak vysoká teplota není (typická teplota je kolem 40°C) a využívá se zde šíření tepla elektromagneticky – sáláním. To proniká přímo (několik centimetrů) pod pokožku a prohřívá tak například svaly rychleji, aniž je člověk vystaven velmi vysoké teplotě.

Související články

• Teplo
• Termika
• Termodynamika
• První termodynamický zákon
• Tepelný výměník
• Parogenerátor
• Výměník tepla
• Sálání

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu šíření tepla na Wikimedia Commons

Autoritní data	NKC: ph125447 PSH: 3208 GND: 4064211-2 LCCN: sh85059767 LNB: 000056926 NDL: 00561390 NLI: 987007553273105171

Portály: Fyzika