Johtavuus vs konvektio Mikä on johtaminen? Mikä on konvektio?
Johtavuus ja konvektio ovat kaksi ilmiötä, joita esiintyy lämmössä ja termodynamiikassa. Nämä kaksi käsitettä ovat erittäin tärkeitä lämmönsiirron ymmärtämisessä. Säteily sekä johtuminen ja konvektio muodostavat lämmönsiirron kolme muotoa. Kentät, kuten termodynamiikka, lämpömoottorit, keinotekoiset sääjärjestelmät, meteorologia ja jopa fysiologiamme, riippuvat johtamisen ja konvektion periaatteista. On tärkeää ymmärtää hyvin johtumista ja konvektiota yhdessä säteilyn kanssa, jotta ymmärrät hyvin nämä kentät. Tässä artikkelissa aiomme keskustella mitä johtuminen ja konvektio ovat, johtamisen ja konvektion syy, niiden samankaltaisuudet, mitkä ovat päivittäiset tapaukset, joita voimme havaita johtumisen ja konvektion takia, niiden samankaltaisuudet ja lopuksi niiden erot.
Mikä on johtaminen?
Johtavuus määritellään lämpöenergian siirtymiseksi aineen alueiden välillä lämpötilagradientista johtuen. Johtuminen voi tapahtua missä tahansa materiaalissa, mutta käytännön kannalta johtamista sovelletaan vain kiinteisiin aineisiin. Kun kiinteitä aineita kuumennetaan, kiinteän aineen sisällä olevat atomit ja molekyylit värähtelevät lämmityksestä saadun kineettisen energian vuoksi, näiden värähtelevien atomien törmäykset naapuriatomien kanssa saavat vierekkäiset atomit värisemään, joten värähtelyt siirtyvät kiinteä. Kiinteän aineen pinnalla olevat atomit vapauttavat energian värähtelystä avoimeen tilaan. Tasaisen sauvan ollessa vakaassa tilassa, jonka sivut on eristetty ja vain kaksi päätä ovat esillä, lämmön virtausnopeus on suoraan verrannollinen lämmön imeytymisalaan ja lämpötilagradienttiin. Vakaa tila on, kun kaikkien pisteiden välillä on terminen tasapaino, mikä tarkoittaa, että pisteen lämpötila ei vaihtele ajan mukaan. Myös kaasuilla ja nesteillä on johtavuus, mutta tämä tapahtuu suorien molekyylitörmäysten muodossa. Ne eivät värise kuin kiinteät aineet.
Mikä on konvektio?
Konvektio on terminologia, jota käytetään nesteiden irtotavaraliikenteessä. Tässä artikkelissa konvektion pidetään kuitenkin olevan lämpökonvektion muodossa. Toisin kuin johtuminen, konvektiota ei voi tapahtua kiinteissä aineissa. Konvektio on energiansiirtoprosessi suoran aineensiirron avulla. Nesteissä ja kaasuissa kuumennettaessa pohjasta nesteen pohjakerros lämmitetään. Lämmitetty ilmakerros laajenee sitten vähemmän tiheäksi kuin viileä ilma; kuuma ilmakerros nousee konvektiovirran muodossa. Sitten seuraava nestekerros kokee samat ilmiöt. Samaan aikaan ensimmäinen kuumailmakerros on nyt jäähtynyt ja se tulee alas. Tämä vaikutus luo johtumissilmukan, joka vapauttaa jatkuvasti alemmista kerroksista otettua lämpöä ylempiin kerroksiin. Tämä on erittäin tärkeä malli sääjärjestelmissä. Lämpö maan pinnasta vapautuu ylempään ilmakehään tässä mekanismissa.
Mitä eroa on johtamisella ja konvektiolla?
• Johtuminen tapahtuu kaikissa väliaineissa, kun taas konvektio ei ole mahdollista kiinteissä aineissa.
• Konvektioon liittyy aineen virtaus möykkyinä, kun taas johtamiseen kuuluu aineen värähtely kiinteän pisteen ympäri.
• Suljetussa järjestelmässä lämmön menetys konvektiolla ei ole mahdollista, mutta johtumisesta johtuva lämpöhäviö on mahdollista.
