Fråga:
Vad exakt är skillnaden mellan strålning, ledning och konvektion?
sciencerocks
2012-03-30 22:25:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Okej, så överallt jag har läst hör jag att den största skillnaden är kravet på ett medium. Men till exempel, om du tar fallet med värme som "strålar" från ett glödande strykjärn, är det inte egentligen konvektion och inte strålning? Jag menar, orsakar inte temperaturskillnaden mellan den omgivande luften och strykjärnet luften att få värme?

Bra svar. Strålningsvärmeöverföring använder i princip ljus. Det är hur solen värmer oss. Sedan finns det ledning - sätt något varmt i kontakt med något mindre hett och värmeflödet från det ena till det andra. Konvektion är bara ett fall av ledning, där det ena är en vätska som kan expandera och sedan stiga genom tyngdkraften, så det transporterar bort värme. Tänk varmluftsballong eller åska.
Och notera: normalt sker alla 3 formerna av värmeöverföring samtidigt.
Fyra svar:
AdamRedwine
2012-03-30 23:26:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Till nästan allt du uttalade i din fråga, "nej".

Att konvektion kräver ett medium är inte den största skillnaden, det är helt enkelt den mest uppenbara aspekten av vad som är en fundamentalt annorlunda överföra energi. Konvektion är överföring av energi genom rörelse av ett medium medan strålning är överföring av energi genom, ja, termisk strålning. Ledning kräver också ett medium, men återigen är det en fundamentalt annorlunda mekanism än antingen konvektion eller strålning; i det här fallet är det överföring av energi genom ett medium .

Tyvärr är analogier svåra men om du kan visualisera de inblandade partiklarna skulle det hjälpa. Föreställ dig det glödheta järn du nämnde. På molekylär nivå avger materialet massor av fotoner (därför varför det lyser rött). Skapandet av dessa fotoner tar energi; energi från järns värme. Dessa fotoner lämnar järnet, passerar genom miljön och kolliderar så småningom med något annat föremål där de absorberas och avsätter sin energi. Detta är strålningsvärmeöverföring. Om den energin deponeras på din näthinna eller en CCD (som i en digitalkamera), bildas en bild över tiden. Så här fungerar infraröda skyddsglasögon och de skulle fungera lika bra i högvakuum som här på jorden.

I ledning, det näst enklaste exemplet, finns det ingen generation av fotoner (fysiknördar förlåter mig för enkelhet). De enskilda atomerna i objektet vibrerar av värmeenergi. När varje atom får energi från sina mer energiska grannar, så ger den energi till sina mindre energiska. Med tiden "rör sig" värmen genom föremålet.

I konvektion får gasmolekylerna nära objektet energi, som i ledningsfallet, men samma molekyler som fick energi reser sedan genom miljön till någon annan plats där de sedan avger sin värmeenergi.

Sammanfattningsvis:

  • strålning = genererade och absorberade fotoner
  • ledning = molekyler som spänner sina grannar i följd
  • konvektion starka> = molekyler uppvärmda som under ledning, men flytta sedan till en annan plats
Jag tycker att strålning bör innehålla mer än bara fotoner och en allmän definition av den bör återspegla detta. Jag skulle säga att strålning är partikeltransport från en plats till en annan som inte ingår i bulkmediet.
Detta är sant, men hur skulle du då skilja mellan konvektion och strålning? Det är produktionen och återabsorptionen av partiklar som är kännetecknet och även om inte all strålning sker via fotoner, så är den allra största delen.
Jag övervägde att säga att strålning inte rör sig genom diffusion men nej, det är också fel. Fotoner är förmodligen "majoriteten" (inte säker på definitionen här) av strålning eftersom de kan vara superhög entropi, och svartkroppsstrålning gör att lågenergifotoner kan vara sluttillståndet för de flesta materienergier. Strålning kan inte heller definieras genom att vara "tillfällig". Det är därför jag använde "inte en del av bulkmediet", vilket är ganska torrt men den mest korrekta formuleringen jag kan komma med. Händer ledning är gas btw? Kanske är det inte ens "vibrerande". Frustrerande, men mycket bra fråga.
Ja, ledning sker i gas, men i mindre utsträckning än i fasta ämnen. Vibration är inte riktigt korrekt formulering heller, men det är ungefär så bra som du kan få på denna nivå av förklaring. Jag tog termo i fysik och flera gånger på ingenjörsskolan så min formulering tenderar att skeva mot den intuitiva tekniska sidan av saker.
Pushpak Dagade
2012-03-31 11:19:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag ska försöka förklara med enkla ord.

Varje kropp som har en temperatur över 0 Kelvin ger ut (dvs. strålar ut) lite värme i form av vågor. (Så även vi utstrålar!) Naturligtvis beror mängden av denna strålning på temperaturen, så ju mer kroppstemperaturen desto mer värme ger den ut. Nu, eftersom denna värmeenergi färdas i form av vågor, behöver det inte nödvändigtvis något medium för att resa. Så, det kan resa i vilket som helst / inget medium .

Sun heating Earth

Jag ska försöka förklara konvektion med ett enkelt exempel.

Tänk på att en bägare vatten värms upp från botten. Vattnet i det nedre området värms upp, blir lättare i vikt och kommer därmed till toppen. Nu kommer det (relativt) svalare vattnet på toppen ner och börjar värmas upp. Nu värms det upp igen och rör sig upp när det blir lättare än det (tidigare uppvärmda) vattnet på toppen, men den här gången blir det mer uppvärmt än vattnet på toppen. Denna process fortsätter och så småningom blir varje vattenmolekyl uppvärmd.

Som du kan se, i den här processen leder partiklarnas rörelse till uppvärmning av hela kroppen (i detta fall vatten) - de varmare rörde sig bort från värmekällan för att låta de svalare samla upp värmen .

Convection in pot of water

Så det är tydligt att konvektion kräver ett medium (specifikt ett icke-fast medium). Till skillnad från strålning, om det inte finns något medium nära källan, kan det inte tappa värmen genom att bara använda konvektion. (Den kan naturligtvis förlora den genom strålning.)

Låt oss komma till din uppvärmning av järnstångshölje.

Glowing hot iron

Det du sa är delvis korrekt, att konvektion är ett av sätten för värmeöverföring här. Men så är strålning . Kom ihåg att järnstången är för varm jämfört med omgivningstemperaturen och att den strålar ut mycket värme. I själva verket är värmen så mycket att staven lyser ljusrött. (Om du vet lite om EM-spektrumet, skulle du veta att när emissionen från en kropp också innehåller det synliga spektrumet, kan vi faktiskt se (en del av) emissionsspektret.)

I verkligheten , uppträder alla tre lägena för värmeöverföring samtidigt.

Three modes of heat transfer

(Även i ovanstående bägarexempel ger vattenmolekylerna (tillsammans med konvektion) värme i form strålning också, eftersom de har en temperatur som inte är noll. De överför också värme genom kollisioner till andra vattenmolekyler, vilket är känt som ledning. I det exemplet var konvektion dock det mest dominerande sättet för värmeöverföring.)

Om du vill veta den exakta skillnaden mellan dessa överföringssätt, skulle du kanske behöva gå på ingenjörskurs på mellannivå.

I dina grafiska exempel blandas konvektion hopplöst med biverkningarna av vätskan som har vikt eller på annat sätt interagerar med ett potentiellt fält.Värmestigande och konvektiva celler är inte viktiga egenskaper hos själva konvektionen.När mediet inte är i ett potentiellt fält (t. Ex. Är viktlöst) försvinner de, men ** själva konvektionen ** gör det verkligen inte!Ordet konvektion används tyvärr för att beskriva både värmeöverföringsmekanismen och vätskans rörelse i ett potentiellt fält i en temperaturgradient.
genneth
2012-03-30 23:21:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nej Ljus (som du kan se --- det är glödhet! --- och infrarött ljus som du inte kan se) lämnar metallytan och når din hud / termometer direkt och skulle göra det utan luft.

Farcher
2016-04-16 11:37:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De redan givna svaren förklarar skillnaderna mellan de processer genom vilka värme överförs från en kropp till en annan men det finns också skillnader i deras relativa betydelse i speciella situationer.

En radiator för centralvärme strålar ut värme men konvektion är en viktigare process när luften värms upp och innan det är ledningen genom metallen som kylaren är gjord den dominerande processen.

Vid mycket låga temperaturer är strålning den dominerande processen eftersom de flesta ämnen är fasta ämnen och är mycket dåliga värmeledare.

Vid mycket höga temperaturer är strålning den dominerande processen

Så temperatur är en faktor som kan avgöra vilken process som är den viktigaste.

Ditt glödheta strykjärn är ett bra exempel på att om du lägger handen nära det kan du "känna" strålningen och eftersom temperaturen på järnet är relativt hög kommer mycket strålning (mestadels infraröd) att släppas ut från det men också kommer det att finnas en förlust på grund av konvektion.

Att identifiera och sedan kvantifiera vilken process är det viktigaste är ofta väldigt svårt.
Efter att en glödlampa har tänts under en tid blir glaskuvertet varmt men de processer som det blir varmt är ganska komplexa.
Försök med följande.
Välj en tillgänglig glödlampa som inte har tänts på länge.
Håll händerna runt glödlampan utan att röra vid den.
Switc h på glödlampan och sedan stänga av den efter några sekunder.
Du kommer att känna värmekänslan på grund av strålningen från den uppvärmda glödtråden men om du nu rör vid glashöljet blir det fortfarande kallt.
Så strålning är mycket viktigt, särskilt eftersom det är delvis ljus men majoriteten av energiöverföringen från glödtråden är i infraröd.



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...