การถ่ายโอนความร้อนมี3วิธีอะไรบ้าง

กลไกการถ่ายเทความร้อนออกเป็น 3 ชนิดคือ การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสี แต่ทว่าในความเป็นจริง การถ่ายเทความร้อนทั้งสามชนิดอาจเกิดขึ้นพร้อมๆ กันอย่างแยกไม่ออก

1.การนำความร้อน (Conduction) เป็นการถ่ายเทความร้อนจากโมเลกุลไปสู่อีกโมเลกุลหนึ่งซึ่งอยู่ติดกันไป เรื่อยๆ จากอุณหภูมิสูงไปสู่อุณหภูมิต่ำ ยกตัวอย่างเช่น หากเราจับทัพพีในหม้อหุงข้าว ความร้อนจะเคลื่อนที่ผ่านทัพพีมายังมือของเรา ทำให้เรารู้สึกร้อน โลหะเป็นตัวนำความร้อนที่ดี อโลหะและอากาศเป็นตัวนำความร้อนที่เลว

2.การพาความร้อน (Convection) เป็นการถ่ายเทความร้อนด้วยการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลของสสารซึ่งมี สถานะเป็นของเหลวและก๊าซ ส่วนของแข็งนั้นจะมีการถ่ายเทความร้อนด้วยการนำความร้อน และการแผ่รังสีเท่านั้น การพาความร้อนจึงมากมักเกิดขึ้นในบรรยากาศ และมหาสมุทร รวมทั้งภายในโลก และดวงอาทิตย์ ภาพที่ 2 แสดงให้เห็นถึงธรรมชาติของวัฏจักรการพาความร้อน การแผ่รังสีจากกองไฟทำให้เกิดความร้อนที่ก้นหม้อน้ำด้านนอก โลหะทำให้เกิดการนำความร้อนเข้าสู่ภายในหม้อ ทำให้น้ำที่อยู่เบื้องล่างร้อนและขยายตัว ความหนาแน่นต่ำจึงลอยขึ้นสู่ข้างบน ทำให้น้ำเย็นความหนาแน่นสูงซึ่งอยู่ด้านบนเคลื่อนตัวลงมาแทนที่ เมื่อน้ำเย็นที่เคลื่อนลงมาได้รับความร้อนเบื้องล่าง ก็จะลอยขึ้นหมุนวนเป็นวัฏจักรต่อเนื่องกันไป ซึ่งเรียกว่า "วัฏจักรการพาความร้อน" (Convection circulation)

3.การแผ่รังสี (Radiation) เป็นการถ่ายเทความร้อนออกรอบตัวทุกทิศทุกทาง โดยมิต้องอาศัยตัวกลางในการส่งถ่ายพลังงาน ดังเช่น การนำความร้อน และการพาความร้อน การแผ่รังสีสามารถถ่ายเทความร้อนผ่านอวกาศได้ วัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า -273°C หรือ 0 K (เคลวิน) ย่อมมีการแผ่รังสี วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงแผ่รังสีคลื่นสั้น วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำแผ่รังสีคลื่นยาว

การพาความร้อน (Convection)

การส่งถ่ายความร้อนจากบริเวณหนึ่งไปสู่อีกบริเวณหนึ่งผ่านการเคลื่อนที่ของตัวกลาง การพาความร้อนสามารถเกิดขึ้นกับสสารที่มีสถานะเป็นของเหลว และแก็ส เช่น การทำงานของเครื่องเป่าผม โดยการที่กระแสลมจะพาความร้อนจากขดลวดมาสู่เส้นผมของเรา

heat transfer หรือคุ้นเคยกันในชื่อการถ่ายโอนความร้อน เป็นการเอาทฤษฎีการนำความร้อนในรูปแบบที่แตกต่างกันมาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ผ่านการถ่ายเทความร้อน แต่สิ่งที่หลาย ๆ คนอาจจะยังไม่รู้ คือ การถ่ายโอนพลังงานความร้อนเป็นอีกหนึ่งกระบวนการที่สำคัญต่อระบบทำความเย็น ซึ่งเป็นระบบที่เกี่ยวข้องกับหลาย ๆ อุตสาหกรรมในปัจจุบัน

บทความนี้จะพาทุกท่านมาทำความเข้าใจเกี่ยวกับหลักการถ่ายเทความร้อน ไม่ว่าจะเป็น ความหมายของการถ่ายโอนความร้อน รูปแบบการกระจายความร้อน หรือหลักการนำ heat transfer ไปใช้ในอุตสาหกรรมระบบทำความเย็น เป็นต้น

การถ่ายโอนความร้อน หรือการถ่ายเทความร้อน (heat transfer) เป็นพฤติกรรมทางความร้อนที่เกิดการเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ โดยถ่ายเทความร้อนจะหยุดก็ต่อเมื่อมีอุณหภูมิที่เท่ากัน heat transfer มีความสำคัญในชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรมต่าง ๆ ในปัจจุบันเป็นอย่างมาก ไม่ว่าจะเป็น

• การปรุงอาหารด้วยความร้อน
• และระบบความเย็นในอุตสาหกรรมต่าง ๆ 
• กระบวนการแปรรูปอาหาร เช่น การแช่เย็น การอบแห้ง เป็นต้น

ซึ่งการถ่ายเทความร้อน (heatflow) มีรูปแบบการเคลื่อนที่ซึ่งแบ่งออกได้เป็น 3 รูปแบบ คือ การพาความร้อน การแผ่รังสีความร้อน และการนำความร้อน

การพาความร้อน (Convection)

การพาความร้อน (Convection) เป็นหนึ่งในรูปแบบการเคลื่อนที่ของการถ่ายโอนความร้อน (heat transfer) ที่เกิดขึ้นในของไหล เช่น ของเหลวหรือแก๊ส ที่มีโมเลกุลอิสระซึ่งจะสามารถเคลื่อนไหวไปรอบ ๆ ได้ การพาความร้อนสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ

• การพาความร้อนแบบธรรมชาติ (Natural or Free Convection) : เป็นการเคลื่อนที่ของความร้อนระหว่างของแข็งและของไหล โดยไม่มีปัจจัยใด ๆ มากระตุ้น ซึ่งผลที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นจากอุณหภูมิของไหลที่แตกต่างกัน จะทำให้เกิดแรงลอยตัวขึ้น
• การพาความร้อนแบบบังคับ (Forced Convection) : เป็นการเคลื่อนที่ของความร้อนระหว่างของแข็งและของไหล จากการที่ของไหลถูกบังคับให้เคลื่อนที่ไปสัมผัสกับผิวของของแข็ง โดยกลไกภายนอก เช่น  เครื่องสูบ หรือพัดลม เป็นต้น

การพาความร้อนจะทำให้ของไหลเกิดการขยายตัว ทำให้มีความหนาแน่นลดลงจนเกิดการลอยตัวพาเอาความร้อนเคลื่อนที่ติดไปด้วย จากนั้นของไหลที่มีอุณหภูมิต่ำ และมีความหนาแน่นสูงกว่าจะลงมาแทนที่และไปติดกับโมเลกุลซึ่งกำลังเคลื่อนที่อยู่ ส่งผลให้เกิดการถ่ายเทความร้อนและเกิดการไหลเวียนความร้อนขึ้น

การแผ่รังสีความร้อน (Radiation)

การแผ่รังสีความร้อน (Radiation) เป็นการเคลื่อนที่ของการถ่ายโอนความร้อน (heat transfer) อีกรูปแบบหนึ่ง โดยความร้อนที่ส่งออกมาจะอยู่ในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เคลื่อนที่อย่างอิสระ ด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วของแสง และไม่ต้องการตัวกลางในการเคลื่อนที่ 

การแผ่รังสีความร้อนเป็นการถ่ายเทความร้อนโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลางใด ๆ ซึ่งเป็นการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเช่นเดียวกับคลื่นแสง เช่น การถ่ายโอนความร้อนจากดวงอาทิตย์ หรือความรู้สึกร้อนเมื่อสัมผัสหลอดไฟฟ้า การแผ่รังสีความร้อนนั้นจะเกิดขึ้นได้ไม่เท่ากันขึ้นอยู่กับความสามารถในการดูดกลืนความร้อนของวัตถุแต่ละชนิด ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ปัจจัย คือ

• สีของวัตถุ : วัตถุสีเข้มจะดูดกลืนความร้อนได้ดีกว่าวัตถุสีอ่อน

• ผิววัตถุ : วัตถุผิวขรุขระจะดูดกลืนความร้อนได้ดีกว่าวัตถุผิวเรียบ

การนำความร้อน (Conduction)

การนำความร้อน (Conduction) เป็นการเคลื่อนที่รูปแบบหนึ่งของการถ่ายเทความร้อน (heat transfer) จากวัตถุหนึ่งที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังอีกวัตถุหนึ่งที่มีชนิดเดียวกันหรือต่างกันที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า โดยไม่มีตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น การจับแท่งโลหะที่ปลายอีกข้างเผาไฟจากนั้นจะรู้สึกถึงความร้อนมาถึงมือที่จับแท่งโลหะอยู่

การนำความร้อนเป็นการถ่ายเทความร้อนผ่านจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งโดยการสัมผัสกัน ซึ่งวัตถุจะนำความร้อนได้ดีหรือไม่ดีนั้น จะขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์การนำความร้อน (k) นอกจากนี้การนำความร้อนจะเกิดขึ้นในของแข็งได้ดีในของเหลวและแก๊สเท่านั้น

ตัวนำความร้อนที่ดี

ตัวอย่าง 10 วัสดุตัวนำความร้อนที่ดีหลังจากผ่านการให้ความร้อนแล้ว สามารถแบ่งออกได้ ดังนี้

• เงิน 
• ทองแดง 
• อะลูมิเนียม
• แมกนีเซียม
• สังกะสี
• นิกเกิล
• แคดเมียม
• โคบอลต์
• เหล็ก
• สเตนเลส

ตัวอย่างการถ่ายโอนความร้อน Heat Transfer ในอุตสาหกรรมระบบทำความเย็น

การถ่ายโอนความร้อน (heat transfer) ที่พบได้บ่อยในอุปกรณ์ที่ช่วยในการทำงานของระบบทำความเย็นภายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 อุปกรณ์ ดังนี้

• คอนเดนเซอร์ : เป็นอุปกรณ์ควบแน่นที่พบได้ในระบบทำความเย็นทั่วไป ทำหน้าที่ควบแน่นสารทำความเย็นให้กลั่นตัวให้เป็นของเหลวภายในคอนเดนเซอร์ด้วยการถ่ายโอนความร้อน
• shell and tube heat exchanger : เป็นเครื่องมือที่ใช้ถ่ายเทความร้อนจากของไหลชนิดหนึ่ง ไปยังของไหลอีกชนิดหนึ่ง ผ่านผนังท่อโดยของไหลทั้งสองชนิดจะไม่เกิดการผสมกัน
• ฟินคอยล์ : เป็นอุปกรณ์หนึ่งในระบบแลกเปลี่ยนความร้อนเย็นและระบบปรับอากาศ ฟินคอยด์ทั้ง 3 ชนิด มีหน้าที่หลักในการถ่ายโอนความร้อนทั้งสิ้น

สรุปการถ่ายโอนความร้อน

การถ่ายโอนความร้อน หรือการถ่ายเทความร้อน (heat transfer) เป็นหลักการถ่ายเทความร้อนที่สามารถแบ่งออกได้ทั้งหมด 3 รูปแบบ คือ การพาความร้อน การแผ่รังสีความร้อน และการนำความร้อน ซึ่งนับได้ว่าเป็นการนำความร้อนมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด 

นอกจากนี้ heat transfer จะเป็นสิ่งที่ผู้คนนำมาประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันแล้ว การถ่ายเทความร้อนยังมีการนำมาปรับใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ อีกด้วย ไม่ว่าจะเป็น อุตสาหกรรมทำความเย็น อุตสาหกรรมอาหาร หรืออุตสาหกรรมการขนส่ง การถ่ายโอนความร้อนจึงเป็นอีกกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญเป็นอย่างมากในปัจจุบัน

บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที

การถ่ายโอนความร้อนมี 3 แบบได้แก่อะไรบ้าง

การถ่ายโอนความร้อนมีกี่วิธีอะไรบ้าง

การถ่ายโอนความร้อนของปฏิกิริยาเคมีเป็นอย่างไร ม.3

ถ่ายโอนความร้อนเกิดขึ้นได้อย่างไร