Pasaulē viss nemitīgi plūst un mainās, izņēmums nav arī siltums. Siltums plūst pie mums, radot patīkamu un komfortablu sajūtu, bet tas plūst arī prom, nodrošinot nepatīkamus apkures rēķinus. Izrādās, ka siltuma pārnese dabā var notikt 3 dažādos veidos:
1) siltumvadīšana,
2) konvekcija,
3) siltumstarojums.
1. Siltumvadīšana.
Par siltumvadīšanu sauc siltuma pāreju no siltākas ķermeņa daļas uz aukstāku vai arī no viena ķermeņa uz citu tiešas saskares gadījumā. Siltumvadīšanā siltuma pārnesi nodrošina vielas daļiņas. 1. att. redzams, ka karstā tējā ievietota metāla karote. Siltums pa metāla karoti kāpj “augšup”, jo siltākā karotes daļā to veidojošās daļiņas kustas ātrāk un iekustina blakus esošās mazāk kustīgas daļiņas.
1.att. Siltumvadīšana metāla karotē
Dažādas vielas siltumu vada atšķirīgi. Piemēram, gaiss, plastmasa un koks ir slikti siltuma vadītāji, bet dažādi metāli, piemēram, sudrabs, varš un dzelzs ir labi siltuma vadītāji. Kopumā metāliem ir liela siltumvadītspēja, bet gāzēm maza. Lai arī metāli ir labi siltuma vadītāji, tomēr dažādu metālu vadīšanas spēja var krasi atšķirties. Vienā Jauno fiziķu skolas (JFS) nodarbībā (2. att.) skolēni ar sveci karsēja vara, alumīnija un dzelzs stieples un pārbaudīja, ka siltums dzelzs stieplē pārvietojas vairākas reizes lēnāk nekā vara un alumīnija stieplēs. Šīs nodarbības materiāli pieejami JFS mājaslapā.
2.att. Skolēni Jauno fiziķu skolā pārbauda dažādu metālu siltumvadītspēju
2. Konvekcija.
Vēl viens siltuma izplatīšanās veids ir konvekcija. Atšķirībā no siltumvadīšanas konvekcijā siltuma pārnesi nodrošina pašas viela kustība, tādēļ konvekciju var novērot tikai šķidrumos un gāzēs. Piemēram, 3. att. redzams, kā katliņā tiek vārīts ūdens. Liesmām tuvāk ir apakšējie ūdens slāņi, līdz ar to tie uzsilst pirmie. Tomēr vēsāks ūdens ir blīvāks, līdz ar to tas grimst uz leju, ieņemot jau uzsildīto ūdens slāņu vietu, bet tiem nekas cits neatliek kā celties augšup. Tādā veidā rodas konvektīvā siltuma kustība, kad siltākie ūdens slāņi kustas augšup, bet vēsākie – lejup.
3.att. Konvekcija virtuves katliņā
Konvektīvā kustība ir novērojama lavas lampā. Lavas lampā esošais materiāls (sk. 4. att.) lampas apakšpusē uzsilst, līdz ar to samazinās tā blīvums un notiek kustība augšup. Nonācis augšā, materiāls atdziest, tā blīvums palielinās, un tas atkal grimst lejup.
Konvekcija ūdens katlā, ko silda ar degli.
4.att. Lavas lampa
3. Siltumstarojums.
Trešais siltuma pārneses veids ir siltumstarojums. Par siltumstarojumu jeb infrasarkano starojumu sauc noteikta garuma viļņu elektromagnētisko starojumu, ko izstaro ķermeņi. Infrasarkanā starojuma viļņu garums ir lielāks par redzamo gaisa viļņu garumu, bet mazāks par radioviļņu garumu. Jo augstāka ir ķermeņa temperatūra, jo spēcīgāku infrasarkano starojumu tas izstaro. Ņemot vērā šo faktu, infrasarkano starojumu ir iespējams vizualizēt, ķermenim piešķirot dažādas krāsas atkarība no temperatūras un līdz ar to infrasarkanā starojuma intensitātes (5. att.).
5.att. Cilvēka radītā infrasarkanā starojuma vizualizācija
Siltumstarojumu rada gan cilvēki, gan dzīvnieki, gan arī ķermeņi, kas atrodas uz Zemes. Siltumstarojuma veidā līdz Zemei nonāk Saules enerģija, jo starp Zemi un Sauli nav vielas, tādēļ siltuma pārnese nevar notikt siltumvadīšanas un konvekcijas veidā. Siltumstarojuma dēļ uz Zemes veidojas siltumnīcas efekts, jo atmosfērā esošā ogļskābā gāze CO2 un citas gāzes absorbē infrasarkano starojumu (IS; 6. att.), tādā veidā pakāpeniski padarot Zemi arvien siltāku un siltāku.
6.att. Siltumnīcas efekts
Ļoti bieži dažādos procesos ir iesaistīti visi trīs siltuma pārneses veidi, piemēram, ja uz uguns silda katliņu ar ūdeni (7. att.), tad ūdens katliņā ir pakļauts konvektīvajai siltumkustībai, katliņa rokturis uzsilst siltumvadīšanas dēļ, bet katliņš siltumu saņem siltumstarojuma ceļā.
7.att. Ūdens sildīšana uz uguns
