رسانش , همرفت , تابش

انتقال حرارت به طور سنتی به سه دسته تقسیم می‌شود: همرفت (Convection)، رسانش (Conduction) و تابش (Radiation).

رسانش (Conduction)

رسانش فرآیند انتقال حرارت بین موادی است که در تماس مستقیم با یکدیگر قرار دارند.
به عنوان مثال، زمانی که یک قابلمه را روی اجاق برقی قرار می‌دهید، گرما از اجاق به قابلمه از طریق رسانش منتقل می‌شود. سپس رسانش، گرما را از کف قابلمه به سطح داخلی آن و از آنجا به بقیه قسمت‌های قابلمه و محتویات آن منتقل می‌کند.
رسانش، انرژی گرمایی را از ماده‌ی داغ‌تر به ماده‌ی سردتر انتقال می‌دهد.

در دستگاه رُست قهوه، زمانی رسانش اتفاق می‌افتد که دانه‌ها با سطوح داغ داخل درام تماس پیدا می‌کنند، شامل دیواره‌های درام و پره‌ها. همچنین گرما از یک دانه به دانه دیگر از طریق رسانش منتقل می‌شود.
رسانش فرآیندی نسبتاً کند است که فقط وقتی مواد در تماس مستقیم باشند رخ می‌دهد.

همرفت (Convection)

همرفت فرآیند انتقال گرما از طریق حرکت یک سیال است. در مورد رُست قهوه، این سیال هوا است.
در مثال قابلمه، آبی که در تماس با کف قابلمه است، انرژی گرمایی را از سطح قابلمه از طریق رسانش دریافت می‌کند.
آب گرم‌تر چگالی کمتری دارد، بنابراین بالا می‌رود و گرما را با خود حمل می‌کند. در همین حال، آب خنک‌تر به جای آن حرکت می‌کند.
این حرکت، جریان‌هایی درون آب ایجاد می‌کند که گرما را به طور مؤثری جابه‌جا می‌کنند.

این جریان‌های طبیعی تنها شکل همرفت نیستند؛ اگر آب را هم بزنید، باعث گردش سریع‌تر آن می‌شوید. آب همچنان انرژی گرمایی را با خود حمل می‌کند، پس این هم نوعی همرفت است.
در رُستر قهوه، این نوع همرفت که همرفت اجباری (Forced Convection) نام دارد، توسط فن ایجاد می‌شود.

برای این‌که هوا بتواند گرما را جابه‌جا کند، ابتدا باید انرژی گرمایی را از طریق رسانش از سطوح داغ دریافت کند. به عبارت فنی، همرفت ترکیبی از رسانش (انتقال انرژی به سیال) و آدکشن (حرکت خود سیال) است.

تابش (Radiation)

تابش، انتقال گرما از طریق امواج الکترومغناطیسی است. همه‌ی اجسام تا زمانی که دمای آن‌ها بالاتر از صفر مطلق (کمترین دمای ممکن) باشد، تابش گرمایی منتشر می‌کنند.
اجسام گرم‌تر، تابش گرمایی بیشتری نسبت به اجسام سردتر دارند.

از آنجا که اکثر اجسام روزمره بیشتر تابش خود را در محدوده مادون قرمز (Infrared) منتشر می‌کنند، معمولاً تصور می‌شود تابش گرما همان تابش مادون قرمز است.
در واقع، اگر جسم به اندازه کافی داغ باشد، می‌تواند طول موج‌هایی در محدوده نور مرئی منتشر کند (به همین دلیل اجسام ممکن است به رنگ سفید درآیند) و حتی فراتر از آن.
تمام طول موج‌های امواج الکترومغناطیسی — نه فقط مادون قرمز — انرژی حمل می‌کنند و بنابراین می‌توانند گرما را انتقال دهند.

امواج الکترومغناطیسی می‌توانند از برخی مواد عبور کنند، اما ممکن است توسط برخی مواد بازتابیده یا جذب شوند.
برای مثال، نور از شیشه ضخیم عبور می‌کند یا از سطح فلزی براق بازتاب می‌شود، اما می‌تواند تقریباً به طور کامل توسط یک ورق کاغذ سیاه جذب شود.
وقتی جسمی تابش الکترومغناطیسی را جذب می‌کند، انرژی آن به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود.

بر خلاف گرمای ناشی از رسانش و همرفت، انرژی در تابش می‌تواند تا عمق کمی در موادی مثل دانه‌های قهوه نفوذ کند قبل از این‌که جذب شده و به گرما تبدیل شود.
برای مثال، در چوب تازه، نشان داده شده که ۱۰٪ تابش مادون قرمز که به سطح می‌رسد، می‌تواند تا ۰٫۳ میلی‌متر داخل چوب نفوذ کند (Dupleix و همکاران، ۲۰۱۳).

تابش سریع‌ترین روش انتقال گرماست. خود تابش با سرعت نور حرکت می‌کند، اما نرخ کلی انتقال گرما کندتر است، چون بخشی از تابش در حین عبور توسط هوا جذب می‌شود و بخشی هم از سطح مورد نظر بازتابیده می‌شود و جذب نمی‌گردد.

رسانش (۱) و همرفت (۲) در یک قابلمه:
با رسانش، گرما از المنت حرارتی به صفحه داغ، از صفحه داغ به قابلمه و از قابلمه به داخل آب منتقل می‌شود.
آب گرم، چگالی کمتری دارد و بالا می‌رود و جریان‌هایی در آب ایجاد می‌کند.
این حرکت آب گرم را آدکشن (Advection) می‌نامند.
همرفت ترکیبی از رسانش (انتقال گرما به آب) و آدکشن (حرکت آب) است.

تابش الکترومغناطیسی به سه شکل با مواد تعامل دارد:
۱. عبور از آن (انتقال)۲. بازتاب (رفلکشن)
۳. تبدیل به انرژی گرمایی (جذب)

همان‌طور که در این تصویر دیده می‌شود، وقتی نور به شیشه برخورد می‌کند، بیشتر نور مستقیماً عبور می‌کند. مقداری بازتاب می‌شود و مقدار بسیار کمی جذب شده و به گرما تبدیل می‌شود.

منبع:باریستا هاسل