Hlavný rozdiel - konvekcia vs. žiarenie

Konvekcia a žiarenie sú oba mechanizmy prenosu tepla. Umožňujú prenos tepelnej energie z jedného miesta na druhé. The hlavný rozdiel medzi prúdením a žiarením je to konvekcia je mechanizmus prenosu tepla, ktorý zahŕňa hmotnostný tok materiálu. Žiarenie je na druhej strane prenos tepla pomocou elektromagnetickej energie. V dôsledku toho môže žiarenie prenášať teplo vo vákuu.

Čo je to prúdenie

Konvekcia je mechanizmus prenosu tepla v materiáloch cez hmotnostný tok materiálu. Za účelom vedenia tepla sa pohybujú časti samotného materiálu - t. J. V materiáli dochádza k prenosu hmoty. K prúdeniu obvykle dochádza v tekutinách. Účinky konvekcie je však niekedy možné pozorovať v pevných látkach, ako v prípade doskovej tektoniky. Existujú dva hlavné typy prúdenia: prirodzené a nútený.

Konvekcia je zložitý proces a neexistuje žiadna jednoduchá rovnica, ktorá by ju úplne charakterizovala. Môžeme však použiť aproximáciu pre prípady, keď sa tekutina zahrieva pomocou pevného povrchu. V týchto prípadoch je rýchlosť prenosu tepla

je daný,

kde

je povrchová plocha, cez ktorú sa teplo prenáša,

je teplota tuhej látky,

je teplota vzduchu.

je známy ako koeficient konvekčného prenosu tepla. Tento koeficient závisí od mnohých vlastností vrátane hustoty, viskozity a prietoku tekutiny.

Prirodzená konvekcia

V prirodzená konvekcia, tok materiálov je spôsobený rozdielmi v hustote. Uvažujme napríklad o kanvici vody, ktorá sa ohrieva na sporáku. Keď sa voda v spodnej časti kanvice zahrieva, expanduje. To znamená, že molekuly vody sú teraz umiestnené ďalej od seba, čo spôsobuje zníženie hustoty vody na dne. Voda v spodnej časti kanvice je teraz menej hustá v porovnaní s vodou v hornej časti kanvice. Vzhľadom na rozdiel v hustote teplejšia voda zospodu stúpa nahor, zatiaľ čo chladnejšia voda zhora klesá ku dnu. Tento postup sa opakuje, kým horná a dolná časť nemajú rovnakú teplotu.

Stúpajúca horúca tekutina nemôže stúpať pozdĺž tej istej čiary, kde sa studená tekutina potápa. Preto sa tekutina musí pred ďalším cyklom pohybovať horizontálne. Toto sa nastavuje konvekčné bunky v kvapaline, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Konvekčné bunky

Prirodzená konvekcia je zodpovedná za vzdušné prúdy a je tiež jedným z hlavných faktorov oceánskych prúdov.

Konvekcia je tiež dôležitým faktorom v tektonike dosiek. Vnútorné časti plášťa Zeme sú teplejšie ako vonkajšia časť, a to spôsobuje, že v plášti sú umiestnené konvekčné bunky. Plášť je pevný a pohyb materiálu v plášti je pomerne pomalý, asi 20 mm za rok.

Konvekcia v zemskom plášti

Nútená konvekcia

Nútená konvekcia nastáva, keď sa pohyb materiálu pohybuje pomocou externého mechanizmu, napríklad pomocou ventilátora alebo čerpadla. Ohrievače ventilátora sú dobrým príkladom nútenej konvekcie. V ľudskom tele srdce funguje aj ako čerpadlo zodpovedné za nútené prúdenie tepla okolo tela.

Čo je žiarenie

Žiarenie opisuje prenos tepla elektromagnetickým žiarením. Vďaka kinetickej energii sú molekuly, z ktorých sa skladajú objekty, stále v pohybe. To spôsobuje pohyb nábojov v týchto molekulách, čo má za následok vytváranie elektromagnetických vĺn.

Rýchlosť, ktorou predmet vyžaruje teplo žiarením, je daná hodnotou Stefan-Boltzmann zákon:

kde

je povrchová plocha objektu a

je jeho absolútna teplota.

je Stefan-Boltzmannova konštanta,

.

Množstvo

sa volá emisivita. Má hodnotu od 0 do 1.

je vyššia u tmavších predmetov s tmavšími povrchmi, ktoré dobre vyžarujú a absorbujú žiarenie. Lesklé povrchy absorbujú a emitujú oveľa menej žiarenia a majú emisivitu bližšie k 0. Ideálny povrch, ktorý je dokonalým absorbérom aj žiaričom žiarenia, má emisivitu 1 a nazýva sa čierne telo.

Objekt emituje žiarenie do okolia a tiež absorbuje žiarenie z okolia. Ak má okolie teplotu

, čistá rýchlosť, ktorou telo vyžaruje teplo, je daná

Ak

z tela do okolia existuje čisté tepelné žiarenie.

Objekty emitujú niektoré vlnové dĺžky žiarenia viac ako ostatné. Spravidla platí, že čím je teleso teplejšie, tým nižšia je vlnová dĺžka, ktorá je emitovaná. Teplejšie hviezdy by napríklad mali mať modrejšiu farbu (menšia vlnová dĺžka) v porovnaní s chladnejšími a červenšími (väčšia vlnová dĺžka). Pre ideálne čierne telo pri absolútnej teplote

, Viedenský zákon udáva vlnovú dĺžku

ktorý sa emituje najviac:

Pri izbovej teplote je primárna vlnová dĺžka vyžarovaná telesami v infračervenom rozsahu. Nasledujúci graf ukazuje hustotu energie danej vlnovej dĺžky vyžarovanej čiernym telesom pri niekoľkých rôznych teplotách.

Žiarenie - Viedenský zákon

Termogramy využívajú tepelné žiarenie vyžarované telom na sledovanie chorôb a infračervené kamery slúžia na „videnie“ v tme. Žiarenie zo vzdialených hviezd sa používa aj na meranie vzdialenosti medzi Zemou a hviezdami.

Rozdiel medzi prúdením a žiarením-termogram energeticky účinného domu v popredí, ktorý vyžaruje oveľa menej tepelnej energie v porovnaní s tradičným domom, ktorý vyžaruje oveľa viac energie (pozadie)

Aký je rozdiel medzi prúdením a žiarením

Pôvod

Konvekcia prebieha v dôsledku tepelnej rozťažnosti hmoty.

Žiarenie je výsledkom pohybu nábojov v materiáloch v dôsledku kinetickej energie molekúl.

Mechanizmus

Konvekcia zahŕňa prenos hmotnosti materiálu, typicky tekutiny.

Žiarenie zahŕňa elektromagnetickú vlnu. Samotná hmota sa nehýbe.

Stredné

Konvekcia vyžaduje médium.

Žiarenie nevyžaduje médium a môže prenášať teplo vo vákuu.

Teplotná závislosť

Konvekcia výsledkom je tepelný tok, ktorý je približne priamo úmerný teplotnému rozdielu.

Žiarenie výsledkom je tepelný tok, ktorý závisí od rozdielu medzi štvrtými mocnosťami teplôt objektu a okolia.

Referencie

Liu a kol., (2007). Drobná konvekcia v hornom plášti pod čínskymi pohoriami Ťan-šan. Fyzika Zeme a planetárne interiéry (163), 179-190

Obrázok so súhlasom

„Stred: konvekčné bunky v nádobe, hore: tepelný výkon, dole: tepelný príkon“ od Eyriana (vlastná práca) [CC BY-SA 3.0], prostredníctvom Wikimedia Commons

"Ukazuje, ako sa vytvárajú hrebene oceánu, litosféra subdukovaná v zákopoch; dobré na pochopenie tektoniky dosiek. “ od Surachit (vlastná práca) [CC BY-SA 3.0], prostredníctvom Wikimedia Commons

„Viedenský zákon žiarenia / Prawo Wiena“ od 4C (vlastná práca, založená na verzii JPG) [CC BY-SA 3.0], prostredníctvom Wikimedia Commons

"Termogram budovy Passivhaus s tradičnou budovou v pozadí." od Passivhaus Institut (Skopírované do Commons z http://en.wikipedia.org. Pôvodný zdroj Passivhaus Institut, Nemecko-http://www.passiv.de) [CC BY-SA 3.0], prostredníctvom Wikimedia Commons