Diferența dintre convecție și conduită

Diferența principală - Convecția vs. conduită

Convecție și conducție sunt ambele mecanisme de transfer de căldură. principala diferență între convecție și conducție este că, in convecție, căldura este transferată printr-un flux de masă de material în timp ce, în conducție, căldura este transferată prin coliziuni de particule care alcătuiesc materialul.

Ce este Conducția

Particulele care alcătuiesc materia sunt mereu în mișcare. Atunci când temperatura crește, particulele au energii cinetice mai mari și, prin urmare, vibrează cu amplitudini mai mari. Pe parcursul conducție, o particulă vibratoră bate o particulă vecină, împărțind energie asupra acelei particule. Această particulă vibrează acum cu o amplitudine mai mare și se poate ciocni cu un alt atom vecin, oferindu-i energie. Acest proces de transfer de energie poate continua de la un capăt al unui obiect la celălalt capăt. Deoarece o creștere a energiei cinetice a particulelor se manifestă fizic ca o creștere a temperaturii, creșterea treptată a energiilor cinetice ale particulelor de-a lungul obiectului este însoțită de o creștere treptată a temperaturii de-a lungul obiectului. Acest proces, prin care se transferă căldura ca rezultat al particulelor de coliziune, se numește conducție.

Capacitatea unui material de a transfera căldură prin conducție este caracterizată prin conductivitatea sa. Rata transferului de căldură,  sau curentul de căldură, între două obiecte având o diferență de temperatură de  este dat de

Unde   și sunt zona de secțiune transversală și lungimea conductorului care transferă căldură respectiv. Scrisoarea  este conductivitate termică, măsurată în unități de W m^-1 K^-1.

După cum se vede din ecuație, viteza de transfer de căldură este direct proporțională cu diferența de temperatură și a secțiunii transversale a conductorului și invers proporțională cu lungimea conductorului. Valoarea conductivității termice depinde de proprietățile microscopice ale materialului. Metalele sunt conductori termici buni, deoarece conțin un număr mare de electroni liberi care se pot ciocni liber pentru a transfera energia. Între timp, ionii care formează grâul vibrează asupra pozițiilor fixe de asemenea se ciocnesc și transferă căldură. Cu toate acestea, electronii liberi sunt responsabili pentru cea mai mare parte a transferului de căldură în metale.

Ce este Convecția

Convecția este mecanismul de transfer de căldură în materiale printr-un flux de masă al materialului. Aici, pentru a transfera căldura, părți ale materialului însuși se mișcă - adică există un transfer de masă în interiorul materialului. De obicei, convecția are loc în fluide. Cu toate acestea, efectele convecției pot fi observate uneori în solide, ca în cazul tectonicii plăcilor. Diagrama de mai jos prezintă modelele de rotire a convecției formate de aburi care se ridică dintr-o ceașcă de cafea:

Curenții de convecție care încep să se formeze în aburi care se ridică dintr-o ceașcă de lichid fierbinte

Convecția este un proces complex și nu există o ecuație simplă care o descrie pe deplin. Cu toate acestea, putem folosi o aproximare pentru cazurile în care un fluid este încălzit pe o suprafață solidă. În aceste cazuri, rata de transfer de căldură  este dat de,

Unde  este suprafața căreia este transferată căldura,  este temperatura solidului,  este temperatura aerului.  este cunoscut sub numele de coeficientul de transfer termic convectiv. Acest coeficient depinde de un număr de proprietăți, inclusiv densitatea, vâscozitatea și debitul fluidului. Unitatea pentru coeficientul de transfer termic convectiv este W m^-2 K^-1.

Rețineți că fluidele care transferă căldură prin convecție transferă de asemenea căldură prin conducție. Dacă conducta este foarte eficientă, ea poate împiedica formarea curenților convecționali și poate împiedica transferul de căldură convectiv. Fie că mecanismul dominant de transfer de căldură este conducerea sau convecția pentru un fluid, se poate găsi prin calcularea unui număr cunoscut sub numele de Numărul Rayleigh.

Diagrama de mai jos ilustrează cazurile în care fiecare dintre cele trei tipuri de mecanisme de transfer termic este dominant.

Diferența dintre cele trei mecanisme principale de transfer de căldură ilustrate: diferența dintre convecție și radiație a fost acoperită într-un alt articol.

Diferența dintre convecție și conduită

Mecanism

conducție transferă căldura prin transferul energiei cinetice în timpul coliziunilor dintre particulele vibratoare.

Convecție transferă căldura prin mutarea particulelor care alcătuiesc materialul.

Material

conducție este de obicei mecanismul dominant al transferului de căldură în solide.

Convecție este de obicei mecanismul dominant al transferului de căldură în fluide.

Image Courtesy

"Convecția" de Rebecca Siegel (Opera proprie) [CC BY 2.0], prin flickr

"ไทย: http://www.roasterproject.com/2010/01/heat-transfer-the-basics/" de Kmecfiunit (Activitate proprie) [CC BY-SA 3.0], prin Wikimedia Commons