Razlika između konvekcije i provođenja

Sadržaj:

Glavna razlika - Konvekcija nasuprot provođenju
Što je provođenje
Što je konvekcija
Razlika između konvekcije i provođenja

Glavna razlika - Konvekcija nasuprot provođenju

Konvekcija i kondukcija oba su mehanizma prijenosa topline. The glavna razlika između konvekcije i vodljivosti je to, tjn konvekcijom, toplina se prenosi kroz maseni protok materijala dok je u provođenju, toplina se prenosi sudarima čestica koji čine materijal.

Što je provođenje

Čestice koje sačinjavaju materiju uvijek su u pokretu. Kad se temperatura poveća, čestice imaju veću kinetičku energiju, pa posljedično vibriraju s većim amplitudama. Tijekom provođenja, vibrirajuća čestica kuca susjednu česticu, dajući joj česticu energiju. Ova čestica sada vibrira s većom amplitudom i može se sudariti s drugim susjednim atomom, dajući joj energiju. Ovaj proces prijenosa energije može se nastaviti s jednog kraja objekta na drugi kraj. Budući da se povećanje kinetičke energije čestica fizički očituje kao povećanje temperature, postupno povećanje kinetičke energije čestica duž objekta prati postupno povećanje temperature duž objekta. Ovaj proces pri kojem se toplina prenosi kao posljedica sudaranja čestica naziva se kondukcija.

Sposobnost materijala da prenosi toplinu provodljivošću karakterizira njegova vodljivost. Brzina prijenosa topline,

ili toplinske struje između dva objekta s temperaturnom razlikom od

je dana od

gdje

su poprečni presjek i duljina vodiča koji prenosi toplinu. Pismo

je toplinska vodljivost, mjereno u jedinicama W m^-1 K^-1.

Kao što se vidi iz jednadžbe, brzina prijenosa topline izravno je proporcionalna temperaturnoj razlici i površini presjeka vodiča, a obrnuto je proporcionalna duljini vodiča. Vrijednost toplinske vodljivosti ovisi o mikroskopskim svojstvima materijala. Metali su dobri toplinski vodiči jer sadrže veliki broj slobodnih elektrona koji se mogu slobodno sudariti radi prijenosa energije. U međuvremenu se ioni koji tvore rešetku vibriraju oko fiksnih položaja također se sudaraju i prenose toplinu. Međutim, slobodni elektroni odgovorni su za većinu prijenosa topline u metalima.

Što je konvekcija

Konvekcija je mehanizam prijenosa topline u materijalima kroz maseni protok materijala. Ovdje se, radi prijenosa topline, pomiču dijelovi samog materijala - tj. Dolazi do prijenosa mase unutar materijala. Konvekcija se obično javlja u tekućinama. Međutim, učinci konvekcije ponekad se mogu vidjeti u čvrstim tijelima, kao u slučaju tektonike ploča. Donji dijagram prikazuje vrtložne uzorke konvekcije koju stvara para koja se diže iz šalice kave:

Konvekcijske struje počinju se stvarati u pari koja raste iz šalice vruće tekućine

Konvekcija je složen proces i ne postoji jednostavna jednadžba koja ga u potpunosti opisuje. Međutim, možemo se poslužiti aproksimacijom u slučajevima kada se tekućina zagrijava pomoću čvrste površine. U tim slučajevima, brzina prijenosa topline

daje se,

gdje

je površina kroz koju se toplina prenosi,

je temperatura krutine,

je temperatura zraka.

poznat je kao koeficijent prijenosa topline. Ovaj koeficijent ovisi o nizu svojstava, uključujući gustoću, viskoznost i brzinu protoka fluida. Jedinica za koeficijent konvektivnog prijenosa topline je W m^-2 K^-1.

Imajte na umu da fluidi koji prenose toplinu konvekcijom također prenose toplinu kondukcijom. Ako je provođenje vrlo učinkovito, može spriječiti stvaranje konvekcijskih struja i ometati konvektivni prijenos topline. Izračunavanjem broja poznatog kao Rayleigh -ov broj.

Donji dijagram prikazuje slučajeve u kojima je svaka od tri vrste mehanizma prijenosa topline dominantna.