Ero konvektion ja johtumisen välillä

Sisällysluettelo:

Tärkein ero - konvektio vs. johtuminen
Mikä on johtaminen
Mikä on konvektio
Ero konvektion ja johtumisen välillä

Tärkein ero - konvektio vs. johtuminen

Kiertoilma ja johtuminen ovat molemmat lämmönsiirtomekanismeja. The tärkein ero konvektion ja johtumisen välillä on, ettän konvektiossa lämpö siirtyy materiaalin massavirran läpi kun johtaessaan lämpö siirtyy hiukkasten törmäyksen kautta jotka muodostavat materiaalin.

Mikä on johtaminen

Hiukkaset, jotka muodostavat aineen, ovat aina liikkeessä. Kun lämpötila nousee, hiukkasilla on suurempia liike -energioita, ja siksi ne värisevät suuremmilla amplitudilla. Johtamisen aikana värähtelevä hiukkanen koputtaa viereisen hiukkasen ja antaa energiaa hiukkaselle. Tämä hiukkanen värisee nyt suuremmalla amplitudilla, ja se voi törmätä toiseen naapuriatomiin ja antaa sille energiaa. Tämä energiansiirtoprosessi voi jatkua kohteen päästä toiseen päähän. Koska hiukkasten kineettisen energian lisääntyminen ilmenee fyysisesti lämpötilan nousuna, hiukkasten kineettisten energioiden asteittaiseen nousuun pitkin objektia liittyy lämpötilan asteittainen nousu objektia pitkin. Tätä prosessia, jossa lämpöä siirretään törmäävien hiukkasten seurauksena, kutsutaan johtuminen.

Materiaalin kyky siirtää lämpöä johtumisen kautta on ominaista sen johtavuudelle. Lämmönsiirtonopeus,

tai lämpövirta kahden kohteen välillä, joiden lämpötilaero on

antaa

missä

ovat vastaavasti poikkileikkauspinta-ala ja lämpöä siirtävän johtimen pituus. Kirje

on lämmönjohtokyky, mitattuna yksiköinä W m^-1 K^-1.

Kuten yhtälöstä nähdään, lämmönsiirtonopeus on suoraan verrannollinen lämpötilaeroon ja johtimen poikkipinta-alaan ja kääntäen verrannollinen johtimen pituuteen. Lämmönjohtavuuden arvo riippuu materiaalin mikroskooppisista ominaisuuksista. Metallit ovat hyviä lämmönjohtimia, koska ne sisältävät suuren määrän vapaita elektroneja, jotka voivat törmätä vapaasti siirtääkseen energiaa. Sillä välin hilaa muodostavat ionit värisevät kiinteiden asentojen ympärillä myös törmäävät ja siirtävät lämpöä. Vapaat elektronit ovat kuitenkin vastuussa suurimmasta osasta metallien lämmönsiirtoa.

Mikä on konvektio

Konvektio on materiaalin lämmönsiirtomekanismi materiaalin massavirran kautta. Tässä lämmön siirtämiseksi itse materiaalin osat liikkuvat - eli materiaalin sisällä tapahtuu massansiirtoa. Tyypillisesti konvektio tapahtuu nesteissä. Kuitenkin konvektion vaikutukset voidaan nähdä joskus kiintoaineissa, kuten levytektoniikan tapauksessa. Alla olevassa kaaviossa esitetään kahvikupista nousevan höyryn muodostamat kiertoilmakaaviot:

Konvektiovirrat alkavat muodostua höyryssä, joka nousee kupillisesta kuumaa nestettä

Kiertoilma on monimutkainen prosessi, eikä ole olemassa yhtä yksinkertaista yhtälöä, joka kuvaa sitä täysin. Voimme kuitenkin käyttää likimääräistä tapauksia, joissa nestettä kuumennetaan kiinteällä pinnalla. Näissä tapauksissa lämmönsiirtonopeus

antaa,

missä

on pinta -ala, jonka läpi lämpö siirtyy,

on kiinteän aineen lämpötila,

on ilman lämpötila.

tunnetaan nimellä konvektiivinen lämmönsiirtokerroin. Tämä kerroin riippuu useista ominaisuuksista, mukaan lukien nesteen tiheys, viskositeetti ja virtausnopeus. Konvektiivisen lämmönsiirtokerroimen yksikkö on W m^-2 K^-1.

Huomaa, että nesteet, jotka siirtävät lämpöä konvektion kautta, siirtävät myös lämpöä johtumisen kautta. Jos johtuminen on erittäin tehokasta, se voi estää konvektiovirtojen muodostumisen ja estää konvektiivisen lämmönsiirron. Onko hallitseva lämmönsiirtomekanismi nesteen johtuminen vai konvektio, voidaan selvittää laskemalla luku, joka tunnetaan nimellä Rayleigh numero.

Alla oleva kaavio havainnollistaa tapauksia, joissa kukin kolmesta lämmönsiirtomekanismityypistä on hallitseva.