Разница между конвекцией и излучением

Основное отличие - конвекция против радиации
Что такое конвекция
Естественная конвекция
Принудительная конвекция
Что такое радиация
В чем разница между конвекцией и излучением

Основное отличие - конвекция против радиации

Конвекция а также радиация оба механизма теплопередачи. Они позволяют транспортировать тепловую энергию из одного места в другое. В главное отличие между конвекцией и излучением заключается в том, что конвекция - это механизм передачи тепла, который включает массовый поток материала.. С другой стороны, излучение - это передача тепла с использованием электромагнитной энергии.. Следовательно, излучение может передавать тепло через вакуум.

Что такое конвекция

Конвекция - это механизм передачи тепла в материалах за счет массового расхода материала. Чтобы проводить тепло, части самого материала движутся, то есть происходит передача массы внутри материала. Обычно конвекция возникает в жидкостях. Однако эффекты конвекции иногда можно увидеть в твердых телах, как в случае тектоники плит. Существует два основных типа конвекции: естественный а также принужденный.

Конвекция - сложный процесс, и не существует простого уравнения, полностью описывающего его. Однако мы можем использовать приближение для случаев, когда жидкость нагревается с использованием твердой поверхности. Для этих случаев скорость теплопередачи

дан кем-то,

куда

площадь поверхности, через которую передается тепло,

температура твердого тела,

это температура воздуха.

известен как коэффициент конвективной теплопередачи. Этот коэффициент зависит от ряда свойств, включая плотность, вязкость и расход жидкости.

Естественная конвекция

В естественная конвекция, поток материалов вызван различиями в плотности. Например, рассмотрим, как на плите разогревается чайник с водой. Когда вода на дне чайника нагревается, она расширяется. Это означает, что молекулы воды теперь расположены дальше друг от друга, что приводит к уменьшению плотности воды на дне. Теперь вода в нижней части чайника менее плотная, чем вода в верхней части чайника. Из-за разницы в плотности более теплая вода снизу поднимается вверх, а более холодная вода сверху опускается вниз. Процесс повторяется до тех пор, пока верх и низ не достигнут одинаковой температуры.

Поднимающаяся горячая жидкость не может подниматься по той же линии, по которой опускается холодная жидкость. Следовательно, жидкость должна двигаться горизонтально, прежде чем подниматься / опускаться для следующего цикла. Это настраивает конвекционные ячейки в жидкости, как показано на схеме ниже.

Конвекционные камеры

Естественная конвекция отвечает за воздушные течения, а также является одним из основных факторов, влияющих на океанические течения.

Конвекция также является важным фактором тектоники плит. Внутренние части мантии Земли более горячие, чем внешняя, и это вызывает образование конвективных ячеек в мантии. Мантия твердая, и движение вещества внутри мантии довольно медленное, около 20 мм в год.

Конвекция в мантии Земли

Принудительная конвекция

Принудительная конвекция происходит, когда движение материала перемещается с помощью внешнего механизма, такого как вентилятор или насос. Тепловентиляторы - хороший пример принудительной конвекции. В человеческом теле сердце также действует как насос, отвечающий за принудительную конвекцию тепла вокруг тела.

Что такое радиация

Радиация описывает передачу тепла посредством электромагнитного излучения. Благодаря кинетической энергии молекулы, из которых состоят объекты, всегда находятся в движении. Это заставляет заряды в этих молекулах двигаться, что приводит к созданию электромагнитных волн.

Скорость, с которой объект излучает тепло за счет излучения, определяется Закон Стефана-Больцмана:

куда

площадь поверхности объекта и

его абсолютная температура.

это Постоянная Стефана-Больцмана,

Количество

называется излучательная способность. Принимает значение от 0 до 1.

выше для более темных объектов с более темными поверхностями, которые хорошо излучают и поглощают излучение. Блестящие поверхности поглощают и излучают намного меньше излучения, а их коэффициент излучения близок к 0. Идеальная поверхность, которая одновременно является идеальным поглотителем и излучателем излучения, имеет коэффициент излучения 1 и называется черное тело.

Поскольку объект излучает излучение в окружающую среду, он также поглощает излучение из окружающей среды. Если в окружающей среде температура

, чистая скорость, с которой тело излучает тепло, определяется выражением

Если

существует чистое тепловое излучение от тела в окружающую среду.

Объекты излучают лучи одних длин волн больше, чем другие. Как правило, чем горячее тело, тем меньше длина волны излучается сильнее всего. Например, более горячие звезды должны иметь более синий цвет (меньшая длина волны) по сравнению с более холодными и красными (большая длина волны). Для идеального черного тела при абсолютной температуре

, Закон Вина дает длину волны

который выделяется больше всего:

При комнатной температуре основная длина волны, излучаемой телами, находится в инфракрасном диапазоне. На приведенном ниже графике показана плотность энергии заданной длины волны, излучаемой черным телом при нескольких различных температурах.

Радиация - закон Вина

Термограммы используют тепловое излучение, излучаемое телом, для выявления заболеваний, а инфракрасные камеры используются для «видения» в темноте. Излучение далеких звезд также используется для измерения расстояния между Землей и звездами.

Разница между конвекцией и излучением - термограмма энергоэффективного дома на переднем плане, излучающего гораздо меньше тепловой энергии по сравнению с традиционным домом, излучающим гораздо больше энергии (фон)