Różnica między przewodzeniem a konwekcją

Zmiana energii między dwoma układami (ciałami) z powodu ich różnych temperatur nazywa się przenoszeniem ciepła. Przenoszenie ciepła z jednego ciała na drugie odbywa się spontanicznie, z cieplejszego (wyższa temperatura) do zimniejszego ciała (niższa temperatura). Jeśli nie ma innych przyczyn, stan obserwowanych układów będzie się zmieniał do momentu ustalenia bilansu cieplnego. Zasadniczo istnieją trzy tryby wymiany ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie.

Co to jest przewodnictwo?

Przewodnictwo cieplne to sposób ruchu ciepła, który jest charakterystyczny dla materiałów stałych, chociaż pojawia się (ale z niewielką intensywnością) również w płynach. Oznacza to, że przewodzenie jest procesem wymiany ciepła przez medium bez transportu masy. Kiedy występuje różnica temperatur między różnymi częściami układu, następuje przenoszenie ciepła, przez które energia przepływa z obszaru (ciała) o wyższej temperaturze do obszaru o niższym zakresie temperatur. Energia jest przenoszona z cząstki na cząsteczkę, tj. Ciepło przesuwa się z jednego końca na drugi koniec, podczas gdy substancja (układ, ciało) jest bezczynna. Przewodnictwo odbywa się w jednorodnych nieprzewodzących twardych ciałach i odbywa się poprzez przekazywanie ciepła z jednej cząstki do drugiej, bez żadnego widocznego ruchu. Podobnie dzieje się w przypadku jednorodnego, półprzezroczystego twardego ciała, takiego jak szkło i kwarc, podczas gdy część ciepła jest również przeprowadzana za pomocą promieniowania. Zgodnie z teorią kinetyki molekularnej ta metoda przenoszenia ciepła odbywa się przez zderzenie cząsteczek. Cząsteczki w cieplejszym ciele mają większą prędkość, a po zderzeniu ich prędkość (temperatura) maleje, podczas gdy wolniejsze (zimniejsze) cząsteczki stają się szybsze. Cecha materiału, która oznacza intensywność ruchu ciepła przez materiał, nazywa się współczynnikiem przewodności cieplnej - λ (W / m ° C) i jest miarą tego, jak dobry jest przewodnik ciepła materiału, i wpływa na wymianę ciepła prędkość. Ilość ciepła Q, która zostanie przepuszczona przez przewodzenie przez jednorodną płytkę, można obliczyć według następującego wzoru:

Co to jest konwekcja?

Konwekcja to przenoszenie ciepła przez krążenie lub przenoszenie ciepłych cząstek do chłodniejszej przestrzeni. To kolejna intuicyjna koncepcja, ponieważ wiemy, że ciepłe powietrze lub woda unosi się. Z obwodem chłodniejsze cząstki są przesuwane (zamieniane) z cieplejszymi. Zimne cząstki są następnie podgrzewane, a proces kontynuuje wytwarzanie przepływu konwekcyjnego. Transfer konwekcyjny zachodzi między zewnętrznymi ścianami ciała a otoczeniem, a także między ścianami wewnętrznymi a ciałem i środowiskiem wewnętrznym. W przypadku konwekcji przenoszenie ciepła odbywa się wzdłuż granicy ciała stałego i otaczającego go płynu. Ten rodzaj wymiany ciepła występuje tylko wtedy, gdy płyn się porusza. Przebieg ruchu ciepła zależy od temperatury ciała stałego i płynu poruszającego się wokół tego ciała. Kiedy ruch płynu jest spowodowany na przykład przez mieszalnik lub pompę z wentylatorem, konwekcja jest wymuszona. W przeciwnym razie jest to naturalne. Ilość ciepła przenoszonego w jednostce czasu przez obszar Fz (przepływ ciepła) określa się na podstawie wyrażenia:   gdzie: 
współczynnik przenikania ciepła przez konwekcję, t¹, t² cieczy ”i temperatura ciała, F² - powierzchnia ciała pokryta płynem.
Proces konwekcji w płynach jest zawsze śledzony z przekazywaniem ciepła przez przewodzenie, ponieważ cząstki zawsze mają bezpośredni kontakt ze sobą.

Różnica między przewodzeniem a konwekcją

1) Definicja przewodzenia i konwekcji

Przewodnictwo jest mechanizmem wymiany ciepła przez materiały stałe. Przewodnictwo jako proces reprezentuje wymianę energii kinetycznej cząsteczek podczas ich wzajemnych zderzeń. W zderzeniu cząsteczek następuje wymiana energii kinetycznej, przy czym szybsze cząsteczki o wyższej energii kinetycznej i większym cieple oddają część ciepła wolniejszym cząsteczkom o niższym poziomie ciepła. Konwekcja to mechanizm pośredniego przenoszenia ciepła. W zależności od temperatury ciała stałego i płynu, jeden z nich da (cieplej), a drugi (chłodniej) otrzyma energię cieplną. Im większa prędkość ruchu płynu, tym większa konwekcja.

2) Przyczyna przewodzenia i konwekcji

Przewodnictwo zachodzi z powodu różnicy słyszenia, podczas gdy istnieje różnica gęstości w przypadku konwekcji.

3) Występowanie przewodzenia i konwekcji

Przewodnictwo zachodzi tylko w ciałach stałych (bezpośredni transfer energii). Konwekcja zachodzi przez przepływ energii w płynach.

Przewodzenie a konwekcja: Tabela porównawcza

Podsumowanie przewodnictwa i konwekcji

• Przenoszenie ciepła odbywa się za każdym razem, gdy występuje różnica temperatur między dwoma punktami w niektórych środowiskach. Ten transfer jest przepływającą energią cieplną w wyniku różnicy temperatur.
• Przewodnictwo to bezpośredni transfer energii z cząstki materii (stałej lub ciekłej) z podwyższonego poziomu energii do cząstek o niższym poziomie energetycznym w wyniku interakcji między cząsteczkami.
• Konwekcja to przenoszenie energii między powierzchnią materiału a płynem, który jest rozprowadzany nad / pod materiałem lub w samym płynie (ciecz lub gaz). Zmiany temperatury powodują różnice w gęstości płynu, co powoduje ruch cząsteczek, przez co gorące części o mniejszej masie rosną, a zimne odwrotnie. Ruchy te prowadzą do równowagi temperatur. W fizyce proces ten nazywany jest „ruchem Browna”.