Przewodnictwo a konwekcja | Co to jest przewodzenie? Co to jest konwekcja?
Przewodnictwo i konwekcja to dwa zjawiska występujące w cieple i termodynamice. Te dwie koncepcje są bardzo ważne, jeśli chodzi o zrozumienie wymiany ciepła. Promieniowanie wraz z przewodzeniem i konwekcją tworzą trzy formy wymiany ciepła. Dziedziny takie jak termodynamika, silniki cieplne, systemy sztucznej pogody, meteorologia, a nawet nasza fizjologia zależą od zasad przewodzenia i konwekcji. Aby dobrze zrozumieć te pola, niezbędna jest dobra znajomość przewodzenia i konwekcji oraz promieniowania. W tym artykule omówimy, czym jest przewodzenie i konwekcja, przyczyny przewodzenia i konwekcji, ich podobieństwa, jakie są codzienne zdarzenia, które możemy zaobserwować dzięki przewodzeniu i konwekcji, ich podobieństwa i wreszcie różnice.
Co to jest przewodzenie?
Przewodnictwo definiuje się jako transfer energii cieplnej między obszarami materii w wyniku gradientu temperatury. Przewodzenie może mieć miejsce w każdym materiale, ale w praktyce przewodzenie dotyczy tylko ciał stałych. Kiedy ciała stałe są podgrzewane, atomy i cząsteczki wewnątrz ciała stałego wibrują pod wpływem energii kinetycznej otrzymanej z ogrzewania, zderzenia tych wibrujących atomów z sąsiednimi atomami powodują wibracje sąsiednich atomów, stąd wibracje są przenoszone na drugi koniec solidny. Atomy na powierzchni ciała stałego uwalniają energię z wibracji do otwartej przestrzeni. W przypadku jednorodnego pręta w stanie ustalonym z izolowanymi bokami i odsłoniętymi tylko dwoma końcami, prędkość przepływu ciepła jest wprost proporcjonalna do powierzchni pochłaniania ciepła i gradientu temperatury. Stan ustalony to stan równowagi termicznej pomiędzy wszystkimi punktami, co oznacza, że temperatura punktu nie zmienia się w czasie. Gazy i ciecze również wykazują przewodzenie, ale ma to postać bezpośrednich zderzeń cząsteczek. Nie wibrują jak ciała stałe.
Co to jest konwekcja?
Konwekcja to terminologia używana do masowych ruchów płynów. Jednak w tym artykule konwekcja ma postać konwekcji ciepła. W przeciwieństwie do przewodzenia konwekcja nie może zachodzić w ciałach stałych. Konwekcja to proces przekazywania energii poprzez bezpośredni transfer materii. W cieczach i gazach po podgrzaniu od dołu podgrzewa się dolna warstwa płynu. Następnie ogrzana warstwa powietrza rozszerza się, mając mniejszą gęstość niż powietrze chłodne; warstwa gorącego powietrza podnosi się w postaci prądu konwekcyjnego. Następnie następna warstwa płynu doświadcza tego samego zjawiska. W międzyczasie pierwsza warstwa gorącego powietrza zostaje schłodzona i opadnie. Efekt ten tworzy pętlę przewodzącą, w sposób ciągły uwalniając ciepło pobierane z dolnych warstw do górnych warstw. To bardzo ważny wzór w systemach pogodowych. W tym mechanizmie ciepło z powierzchni ziemi jest uwalniane do górnych warstw atmosfery.
Jaka jest różnica między przewodzeniem a konwekcją?
• Przewodzenie zachodzi we wszystkich mediach, podczas gdy konwekcja nie jest możliwa w ciałach stałych.
• Konwekcja obejmuje przepływ materii w masach, podczas gdy przewodzenie obejmuje drgania materii wokół ustalonego punktu.
• W systemie zamkniętym utrata ciepła przez konwekcję nie jest możliwa, ale możliwa jest utrata ciepła w wyniku przewodzenia.
