Когда существует разность температур между двумя объектами или когда изменяется температура объекта, тепловая энергия переносится от более теплых мест к более холодным, пока не будет достигнуто тепловое равновесие.
Наведенное тепло может передаваться исследуемому объекту тремя путями: теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Теплопроводность характеризуется удельной теплопроводностью и коэффициентом теплопроводности.
Передача тепла с помощью теплопроводности происходит преимущественно в твердых телах и, до некоторой степени, в жидкостях, когда более горячие молекулы передают свою энергию соседним менее горячим молекулам.
Некоторые материалы проводят тепло очень эффективно, другие- менее эффективно. Передача тепла в хорошо проводящих металлах вызывается потоками электронов, что объясняет весьма высокую скорость этой передачи в таких материалах.
Количество тепла, передаваемое посредством теплопроводности, зависит от нескольких факторов:
- удельной теплопроводности материала;
- разности температур на противоположных по толщине концах материала;
- площади поверхности, через которую передается тепло.
Металлы и материалы с высокой удельной теплопроводностью являются хорошими проводниками тепловой энергии.
Материалы вроде ваты и пеноматериалы, некоторые пластмассы, проводят тепловую энергию не очень хорошо. Они обладают низкими величинами удельной теплопроводности и называются теплоизоляторами. Их свойство изолировать тепло объясняется, в основном, тем, что они содержат большое количество малых воздушных полостей. Воздух, в частности, является плохим проводником тепла.
Конвекция происходит в жидкостях и газах и состоит в движении масс молекул. В этом процессе тепло передается от одной молекулы к другой путем теплопроводности, а затем молекулы перемешиваются между собой. Когда смесь становится менее плотной, чем окружающие ее молекулы, она поднимается. Более холодная, более плотная, часть жидкости или газа опускается. Именно различие в плотности вызывает естественное перемешивание. Конвекция происходит между жидкостями или газами и окружающими их поверхностями. Энергия переносится от одной молекулы к другой путем теплопроводности, но затем эти молекулы начинают перемешиваться между собой под действием давления и разности энергий.
Конвекция может относиться к одному из двух видов — естественная и принудительная (вынужденная) конвекция.
Естественная конвекция обусловлена изменениями плотности жидкости или газа. Когда жидкость или газ нагреваются, они стремятся подняться вверх относительно более холодной части жидкости или газа, а более холодная часть, опускается вниз.
Принудительная конвекция вызывается какой-либо приложенной извне силой, например, ветром, насосом или вентилятором.
Количество тепла, переносимого конвекцией, зависит от следующих факторов:
- коэффициента конвекционной передачи тепла;
- различия температур в массе материала;
- площади области, через которую происходит передача тепла.
Коэффициент конвекционной передачи тепла для какой-либо поверхности определяется экспериментально или путем оценки на основании других экспериментальных данных. Его точное значение зависит от нескольких факторов, наиболее важные из которых следующие:
- скорость потока воздуха;
- ориентация поверхности по отношению к потоку;
- состояние поверхности;
- форма поверхности;
- вязкость среды.
При проведении обследований ЭУ нередко можно встретиться с тем, что теплый воздух, поднимаясь из-за конвекции вверх, затрагивает некоторые компоненты оборудования и нагревает их сильней, чем можно было бы ожидать. Например, нагрев в контактном соединении вертикально расположенного контактора или автомата со стороны нагрузки (снизу) может привести к тому, что соединение со стороны источника (вверху) также будет горячим, нагретым конвективным потоком воздуха.
Помимо теплопроводности и конвекции тепловая энергия может передаваться и с помощью инфракрасного излучения, которое является одной из форм электромагнитного излучения. Все объекты, температура которых выше абсолютного нуля, излучают или поглащают инфракрасные лучи.
Интенсивность и точная длина волны излучения зависят, в основном, от температуры объекта. Именно это явление позволяет наблюдать объекты с помощью камер, чувствительных к инфракрасному излучению.
Все формы электромагнитного излучения распространяются по прямой в виде волн со скоростью света (300 тысяч километров в секунду). Инфракрасное излучение может распространяться и через вакуум.