Konwekcja a promieniowanie
Konwekcja i promieniowanie to dwa procesy omawiane w dziedzinie ciepła. Konwekcja to metoda przekazywania ciepła za pomocą poruszających się cząstek. Promieniowanie nie wymaga cząstek ani medium do przenoszenia energii. Oba te procesy są bardzo ważne w wielu dziedzinach. Pojęcia te są szeroko stosowane w cieple i termodynamice, naukach o atmosferze, analizie pogody, analizie klimatu, mechanice płynów, a nawet naukach medycznych. Niezbędne jest właściwe zrozumienie tych pojęć, aby osiągnąć sukces w takich dziedzinach, w których te pojęcia są intensywnie wykorzystywane. W tym artykule omówimy, czym jest konwekcja i promieniowanie, ich definicje, zastosowania konwekcji i promieniowania, ich podobieństwa i wreszcie różnica między konwekcją a promieniowaniem.
Co to jest promieniowanie?
Promieniowanie elektromagnetyczne lub powszechnie znane jako promieniowanie lub promieniowanie EM to metoda wymiany ciepła. Promieniowanie elektromagnetyczne zostało po raz pierwszy zaproponowane przez Jamesa Clerka Maxwella. Zostało to później potwierdzone przez Heinricha Hertza, który z powodzeniem wyprodukował pierwszą falę EM. Maxwell wyprowadził kształt fali dla fal elektrycznych i magnetycznych i pomyślnie przewidział prędkość tych fal. Ponieważ ta prędkość fali była równa eksperymentalnej wartości prędkości światła, Maxwell również zasugerował, że światło jest w rzeczywistości formą fal EM. Fale elektromagnetyczne mają zarówno pole elektryczne, jak i pole magnetyczne oscylujące prostopadle do siebie i prostopadle do kierunku propagacji fali. Wszystkie fale elektromagnetyczne mają tę samą prędkość w próżni. Częstotliwość fali elektromagnetycznej decyduje o zmagazynowanej w niej energii. Później za pomocą mechaniki kwantowej wykazano, że fale te są w rzeczywistości pakietami fal. Energia tego pakietu zależy od częstotliwości fali. To otworzyło pole dualizmu falowo-cząsteczkowego materii. Teraz widać, że promieniowanie elektromagnetyczne można traktować jako fale i cząstki. Obiekt umieszczony w dowolnej temperaturze powyżej zera absolutnego będzie emitował fale EM o każdej długości fali. Energia, której maksymalna liczba wyemitowanych fotonów zależy od temperatury ciała.
Co to jest konwekcja?
Konwekcja to terminologia używana dla 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, najpierw zostanie podgrzana dolna warstwa płynu. Warstwa ogrzanego powietrza następnie rozszerza się; mając mniejszą gęstość niż powietrze chłodne, warstwa gorącego powietrza unosi się w postaci prądu konwekcyjnego. Następnie następna warstwa płynu doświadcza tych samych zjawisk. Tymczasem pierwsza warstwa gorącego powietrza jest teraz schładzana i opada. Efekt ten tworzy pętlę przewodzącą, w sposób ciągły uwalniając ciepło pobierane z niższych warstw do górnych warstw. To bardzo ważny wzór w systemach pogodowych. W tym mechanizmie ciepło z powierzchni ziemi jest uwalniane do górnej atmosfery.
Jaka jest różnica między konwekcją a promieniowaniem?
• Aby doszło do konwekcji, wokół ogrzewanego korpusu musi znajdować się ośrodek z ruchomymi cząsteczkami. Promieniowanie nie wymaga żadnego medium.
• Przenoszenie ciepła z promieniowania jest szybsze niż przenoszenie ciepła z konwekcji.
• Konwekcja zawsze przenosi ciepło z dala od grawitacji, podczas gdy promieniowanie jest emitowane w każdym kierunku.
