Różnica między konwekcją a promieniowaniem

Konwekcja a promieniowanie

Konwekcja i promieniowanie to dwa procesy omówione w dziedzinie ciepła. Konwekcja to metoda przenoszenia ciepła za pomocą ruchomych 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 ciepłownictwie i termodynamice, nauce 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 elektromagnetyczne jest metodą przenoszenia ciepła. Promieniowanie elektromagnetyczne po raz pierwszy zaproponował James Clerk Maxwell. Zostało to później potwierdzone przez Heinricha Hertza, który z powodzeniem wyprodukował pierwszą falę elektromagnetyczną. Maxwell wyprowadził kształt fali dla fal elektrycznych i magnetycznych i z powodzeniem przewidział prędkość tych fal. Ponieważ ta prędkość fali była równa eksperymentalnej wartości prędkości światła, Maxwell zaproponował również, że światło jest w rzeczywistości formą fal elektromagnetycznych. Fale elektromagnetyczne mają zarówno pole elektryczne, jak i pole magnetyczne oscylujące prostopadle względem siebie i prostopadle do kierunku propagacji fali. Wszystkie fale elektromagnetyczne mają tę samą prędkość w próżni. Częstotliwość fali elektromagnetycznej decyduje o zgromadzonej w niej energii. Później za pomocą mechaniki kwantowej wykazano, że fale te są w rzeczywistości paczkami fal. Energia tego pakietu zależy od częstotliwości fali. Otworzyło to pole dualizmu materii falowo-cząsteczkowej. Teraz widać, że promieniowanie elektromagnetyczne można uznać za fale i cząstki. Obiekt umieszczony w dowolnej temperaturze powyżej zera absolutnego będzie emitował fale elektromagnetyczne o każdej długości fali. Energia, którą maksymalna liczba emitowanych fotonów, zależy od temperatury ciała.

Co to jest konwekcja?

Konwekcja to terminologia stosowana do masowych ruchów płynów. Jednak w tym artykule przyjęto, że konwekcja ma postać konwekcji cieplnej. W przeciwieństwie do przewodnictwa konwekcja nie może zachodzić w ciałach stałych. Konwekcja to proces przekazywania energii poprzez bezpośredni transfer materii. W cieczach i gazach, po podgrzaniu od dołu, dolna warstwa płynu zostanie najpierw podgrzana. Ogrzana warstwa powietrza następnie się rozszerza; będąc mniej gęstym niż chłodne powietrze, warstwa gorącego powietrza unosi się w postaci prądu konwekcyjnego. Następnie następna warstwa płynu doświadcza tych samych zjawisk. Tymczasem pierwsza warstwa gorącego powietrza jest teraz chłodzona i spadnie. Efekt ten tworzy pętlę przewodzącą, uwalniając w sposób ciągły ciepło pobierane z dolnych warstw do górnych warstw. Jest to bardzo ważny wzorzec w systemach pogodowych. W tym mechanizmie ciepło z powierzchni ziemi jest uwalniane do górnej atmosfery.