Glavna razlika - konvekcija u odnosu na zračenje

Konvekcija i radijacija oba su mehanizma prijenosa topline. Omogućuju prijenos toplinske energije s jednog mjesta na drugo. The glavna razlika između konvekcije i zračenja je to konvekcija je mehanizam prijenosa topline koji uključuje maseni protok materijala. Zračenje je, s druge strane, prijenos topline pomoću elektromagnetske energije. Posljedično, zračenje može prenositi toplinu kroz vakuum.

Što je konvekcija

Konvekcija je mehanizam prijenosa topline u materijalima kroz maseni protok materijala. Kako bi provodili toplinu, dijelovi samog materijala se pomiču - 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. Postoje dvije glavne vrste konvekcije: prirodni i prisilno.

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 konvektivnog prijenosa topline. Ovaj koeficijent ovisi o nizu svojstava, uključujući gustoću, viskoznost i brzinu protoka fluida.

Prirodna konvekcija

U prirodna konvekcija, protok materijala uzrokovan je razlikama u gustoći. Na primjer, uzmimo u obzir da se čajnik vode zagrijava na štednjaku. Kako se voda zagrijava na dnu kotla, ona se širi. To znači da su molekule vode sada udaljenije, što uzrokuje smanjenje gustoće vode na dnu. Sada je voda na dnu kotla manje gusta u usporedbi s vodom na vrhu kotla. Zbog razlike u gustoći, toplija voda odozdo se diže prema vrhu, dok hladnija voda s vrha tone prema dnu. Postupak se ponavlja sve dok gornja i donja strana ne budu na istoj temperaturi.

Topla tekućina koja se diže ne može se dizati duž iste linije gdje hladna tekućina tone. Stoga se tekućina mora pomicati vodoravno prije dizanja/poniranja za sljedeći ciklus. Ovo postavlja konvekcijske ćelije u tekućini, kako je prikazano na donjem dijagramu.

Konvekcijske ćelije

Prirodna konvekcija odgovorna je za zračne struje, a također je i jedan od glavnih čimbenika uključenih u oceanske struje.

Konvekcija je također važan čimbenik u tektonici ploča. Unutarnji dijelovi Zemljinog plašta topliji su od vanjskog, što uzrokuje postavljanje konvekcijskih ćelija u plašt. Plašt je čvrst, a kretanje materijala unutar plašta prilično je sporo, oko 20 mm godišnje.

Konvekcija u Zemljinom plaštu

Prisilna konvekcija

Prisilna konvekcija događa se kad se kretanje materijala pomiče vanjskim mehanizmom, poput ventilatora ili pumpe. Grijači ventilatora dobar su primjer za prisilnu konvekciju. U ljudskom tijelu srce djeluje i kao pumpa odgovorna za prisilnu konvekciju topline oko tijela.

Što je zračenje

Radijacija opisuje prijenos topline elektromagnetskim zračenjem. Zbog kinetičke energije molekule koje čine objekte uvijek su u pokretu. To uzrokuje pomicanje naboja u tim molekulama, što rezultira stvaranjem elektromagnetskih valova.

Brzina kojom objekt emitira toplinu zračenjem zadana je Stefan-Boltzmannov zakon:

gdje

je površina objekta i

je njegova apsolutna temperatura.

je Stefan-Boltzmannova konstanta,

.

Količina

Zove se emisivnost. Ima vrijednost između 0 i 1.

veća je za tamnije objekte s tamnijim površinama, koji dobro emitiraju i apsorbiraju zračenje. Sjajne površine apsorbiraju i emitiraju mnogo manje zračenja i imaju emisivnost bližu 0. Idealna površina koja je i savršeni apsorber i odašiljač zračenja ima emisivnost 1 i naziva se a crno tijelo.

Budući da objekt emitira zračenje u okolinu, apsorbira i zračenje iz okoline. Ako je okolina na temperaturi od

, dana je neto brzina kojom tijelo zrači toplinu

Ako

postoji neto toplinsko zračenje iz tijela u okolinu.

Objekti emitiraju neke valne duljine zračenja više od drugih. U pravilu, što je tijelo toplije, niža je valna duljina koja se najviše emitira. Na primjer, vruće zvijezde trebale bi imati plaviju boju (manju valnu duljinu) u odnosu na hladnije, crvenije (veće valne duljine). Za idealno crno tijelo na apsolutnoj temperaturi

, Bečki zakon daje valnu duljinu

koji se najviše emitira:

Na sobnoj temperaturi primarna valna duljina koju zrače tijela nalazi se u infracrvenom području. Donji grafikon prikazuje gustoću energije određene valne duljine koju zrači crno tijelo na nekoliko različitih temperatura.

Zračenje - Bečki zakon

Termogrami koriste toplinsko zračenje koje tijelo emitira za otkrivanje bolesti, a infracrvene kamere koriste se za "gledanje" u mraku. Zračenje udaljenih zvijezda također se koristi za mjerenje udaljenosti između Zemlje i zvijezda.

Razlika između konvekcije i zračenja-termogram energetski učinkovite kuće u prvom planu koji zrači mnogo manje toplinske energije u usporedbi s tradicionalnom kućom koja zrači mnogo više energije (pozadina)

Koja je razlika između konvekcije i zračenja

Podrijetlo

Konvekcija nastaje kao rezultat toplinskog širenja tvari.

Radijacija rezultat je gibanja naboja u materijalima zbog kinetičke energije molekula.

Mehanizam

Konvekcija uključuje prijenos mase materijala, tipično fluida.

Radijacija uključuje elektromagnetski val. Materija se sama po sebi ne pomiče.

Srednji

Konvekcija zahtijeva medij.

Radijacija ne zahtijeva medij i može prenositi toplinu kroz vakuum.

Ovisnost o temperaturi

Konvekcija rezultira brzinom protoka topline koja je približno izravno proporcionalna temperaturnoj razlici.

Radijacija rezultira brzinom protoka topline koja ovisi o razlici između četvrtih snaga temperature objekta i okolice.

Reference

Liu i sur., (2007). Konvekcija malih razmjera u gornjem plaštu ispod kineskih planina Tian Shan. Fizika Zemlje i planetarna unutrašnjost (163), 179-190

Ljubaznošću slike

„Središte: konvekcijske ćelije u posudi, vrh: izlaz topline, dno: unos topline“ Eyrian (vlastiti rad) [CC BY-SA 3.0], putem Wikimedia Commons

“Pokazuje kako nastaju oceanski grebeni, litosfera potisnuta u rovovima; dobro za razumijevanje tektonike ploča. " autor Surachit (Vlastito djelo) [CC BY-SA 3.0], putem Wikimedia Commons

"Bečki zakon zračenja / Prawo Wiena" od 4C (Vlastito djelo, zasnovano na JPG verziji) [CC BY-SA 3.0], putem Wikimedia Commons

"Termogram zgrade Passivhaus, s tradicionalnom građevinom u pozadini." autor Passivhaus Institut (Kopirano na Commons s http://en.wikipedia.org. Izvorni izvor Passivhaus Institut, Njemačka-http://www.passiv.de) [CC BY-SA 3.0], putem Wikimedia Commons