Leitung vs. Konvektion: Unterschied und Vergleich

Mit einfachen Worten lässt sich Wärme durch die Arbeit von Molekülen erklären, und die abgegebene Energie erzeugt Wärme, bzw. die abgegebene Energie wird in Wärme umgewandelt.

Wenn eine Person beispielsweise Sport treibt oder eine andere Aktivität ausübt, erwärmt sich ihr Körper und es entsteht Schweiß. Oder beim Kochen, wenn Speisen warm oder erhitzt werden, erfolgt einfach die Wärmeübertragung durch Leitung oder Konvektion.   

Der Grund für die Wärmeübertragung ist wissenschaftlicher Natur. Es mag einfach und klischeehaft erscheinen, Lebensmittel zu erwärmen, aber dafür gibt es wissenschaftliche Gründe.

Die Wärmeübertragung kann direkt oder indirekt erfolgen. Es gibt auch mehrere Materialien, in denen Wärme übertragen werden kann, und in einigen ist die Übertragung nicht möglich. Beispielsweise können nicht alle Kunststoffarten die Wärme nicht verarbeiten.

Key Take Away

1. Wärmeleitung beinhaltet die direkte Übertragung von Wärme durch ein festes Material, während Konvektion auf der Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen zur Wärmeübertragung beruht.
2. Die Leitung erfolgt in Metallen schneller als in Nichtmetallen, während die Konvektion in Flüssigkeiten und Gasen effizienter ist als in Festkörpern.
3. Isolatoren können die Wärmeübertragung durch Leitung minimieren, während die Minimierung der Konvektion eine Verringerung der Flüssigkeits- oder Gasbewegung erfordert.

Leitung vs. Konvektion

Der Unterschied zwischen Leitung und Konvektion besteht darin, dass die Wärme bei der Konduktion direkt übertragen wird, während bei der Konvektion die Wärme durch die Flüssigkeit übertragen wird. Beides führt zur Emission von Wärme, allerdings gibt es Unterschiede in der Methode.

Vergleichstabelle

Vergleichsparameter	Konduktion:	Konvektion
Definition	Wärmeübertragung zwischen zwei Objekten durch direkten Kontakt.	Wärmeübertragung innerhalb der Flüssigkeit.
Aggregatszustand	Solid	Flüssigkeit oder Gas
Übertragung von elektrischem Strom	Erlaubt	Erlaubt nicht
Dichte der Partikel	Hohe Dichte	Geringe Dichte
Rate der Wärmeübertragung	Bremst	Schneller

Was ist Leitung?

Leitung ist der Prozess der Übertragung von Wärme oder Strom. Leitung ist die Übertragung von Energie in Form von Wärme und Strom von einem Atom zum anderen durch direkten Kontakt. 

Der beste Transfer kann im festen Zustand stattfinden, da die Atome dicht gepackt sind, was eine schnellere Transferrate ermöglicht; Die Dichte der Moleküle beeinflusst die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung, im Gegensatz dazu sind Flüssigkeiten und Gase aufgrund der geringen Dichte der Moleküle bei der Wärmeübertragung weniger effizient.

Es gibt zwei Arten der Leitung: Wärmeleitung und Elektrizitätsleitung. 

Wärmeleitung – Wenn die Temperatur in Molekülen erhöht wird, entsteht eine Vibration, die Wärme in den Molekülen verursacht, und dann erfolgt die Wärmeübertragung innerhalb der dicht gepackten Moleküle.

Die Leitung von Elektrizität erfolgt durch die Bewegung geladener Teilchen durch ein beliebiges Medium. Diese Bewegung geladener Teilchen verursacht einen Strom, der von Ionen oder geladenen Elektronen getragen wird.

Mehrere Faktoren beeinflussen die Leitung: Temperaturunterschied, Länge, Querschnittsfläche und Material.

Die Leitung lässt sich per Formel theoretisch mit verschiedenen Methoden berechnen, zum Beispiel mit dem Ohmschen oder Fourierschen Gesetz.

Was ist Konvektion?

Konvektion ist die Übertragung von Wärme durch die Massenbewegung von Molekülen in jeder Flüssigkeit. Die anfängliche Wärmeübertragung zwischen dem Objekt und der Flüssigkeit erfolgt durch Wärmeleitung, danach erzeugt die Massenbewegung der Flüssigkeitspartikel jedoch Konvektion.

Der Konvektionsprozess beinhaltet eine Wärmeausdehnung. Wenn eine Flüssigkeit von unterhalb der Oberfläche erhitzt wird, erwärmt sich die untere Flüssigkeitsschicht, die sich thermisch ausdehnt. Die Dichte des Moleküls wird mit der der Flüssigkeit auf der Oberfläche verglichen.

Es gibt zwei Arten von Konvektion: natürliche Konvektion und erzwungene Konvektion.

Natürliche Konvektion – Eine Art von Konvektion, bei der ein Temperaturunterschied einen Unterschied in der Dichte verursacht, wobei die Auftriebskraft eine große Rolle spielt. zum Beispiel ozeanische Winde.

Erzwungene Konvektion – eine Art von Konvektion, bei der äußere Kräfte eine Konvektion induzieren, zum Beispiel Ventilatoren, Warmwasserbereiter, Geysire usw.

Faktoren, die die Konvektion beeinflussen, sind: mittel (flüssig bzw Gas), Temperatur und einer Quelle, die Wärme verursacht. Einer der Unterschiede zwischen Leitung und Konvektion besteht darin, dass Konvektion keinen elektrischen Strom unterstützt.

Natürliche Konvektion kann nicht einfach berechnet werden, aber erzwungene Konvektion kann theoretisch anhand der Formel berechnet werden, die im Newtonschen Abkühlungsgesetz angegeben ist. Die Formel lautet:-

P =dQ /dt =hA(T−T0)

• P = dQ /dt- die Rate, mit der Wärme übertragen wird
• h – Konvektionswärmeübergangskoeffizient
• A – exponierte Oberfläche
• T – die Temperatur des eingetauchten Objekts
• T0 – die Temperatur der Flüssigkeit, die unter Konvektion steht

Hauptunterschiede zwischen Leitung und Konvektion

1. Die Wärmeübertragung bei der Leitung ist langsam. Andererseits ist die Wärmeübertragung bei Konvektion schnell.
2. Konduktion unterstützt auch die elektrische Leitung, aber Konvektion unterstützt keine Elektrizität.

Bibliographie

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0375960106013247
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931009000271

Letzte Aktualisierung: 11. Juni 2023