Unterschied zwischen Leitung, Konvektion und Strahlung (mit Tabelle)

Leitung gegen Konvektion gegen Strahlung

Wenn Wärmeenergie durch Wärmeabgabe von einem System auf ein anderes übertragen wird, spricht man von einer Wärmeübertragung.

Dies kann auf drei Arten erfolgen - Leitung, Konvektion und Strahlung.

Das Hauptunterschied zwischen Leitung, Konvektion und Strahlung liegt in der Tatsache, dass es nur darum geht, wie Wärme von einer Zone mit höherer kinetischer Energie auf eine Zone mit niedrigerer kinetischer Energie übertragen wird.

Bei der Leitung geschieht dies durch direkten physischen Kontakt zwischen zwei Objekten.

Konvektion tritt dagegen auf, wenn die Wärme durch die Bewegung von Molekülen übertragen wird.

Es bezieht sich auf die Wärmeübertragung, die in Flüssigkeiten auftritt. Strahlung erfordert keinen physischen Kontakt zwischen zwei Objekten wie bei den anderen Methoden.

Es ist der Prozess, durch den Wärme übertragen wird Elektromagnetische Wellen


 

Vergleichstabelle zwischen Leitung, Konvektion und Strahlung (in Tabellenform)

Parameter des VergleichsLeitungKonvektionStrahlung
DefinitionProzess der Wärmeübertragung zwischen Objekten durch direkten physischen Kontakt.Prozess der Wärmeübertragung durch ein flüssiges Medium wie Flüssigkeiten oder Gas.Prozess der Wärmeübertragung durch elektromagnetische Wellen.
MethodeWärme wird aufgrund molekularer Kollision übertragen, wenn Feststoffe miteinander in Kontakt kommen.Wärme wird durch den Fluss der Flüssigkeiten übertragen.Wärme wird durch die von Körpern abgegebene Strahlung übertragen, ohne dass ein Medium benötigt wird.
UrsacheWärme, die von einem Hochtemperaturbereich in einen Niedertemperaturbereich gelangt.Wärme, die von einem Bereich niedriger Dichte zu einem Bereich hoher Dichte gelangt.Energie, die von Körpern durch Rotations- und Schwingungsbewegungen von Atomen und Molekülen abgegeben wird.
MittelErhitzte Feststoffe.Eingreifende Substanz wie Flüssigkeiten.Elektromagnetische Wellen.

 

Was ist Leitung?

Der Prozess der Wärmeübertragung durch direkten Kontakt zwischen zwei Objekten wird als Wärmeleitung bezeichnet.

Wenn die Moleküle eines Objekts Wärmeenergie absorbieren, beginnen sie sich schnell zu bewegen und kommen dabei mit benachbarten Objekten in Kontakt und es findet eine Energieübertragung statt.

Die Leitung ist ein sehr häufiger Prozess. Durch einfaches Berühren eines heißen Gefäßes tritt eine Leitung auf und die Wärme wird vom Gefäß auf Ihre Hand übertragen.

Damit eine Leitung stattfinden kann, müssen einige Faktoren berücksichtigt werden.

Der erste ist der Temperaturgradient, der die Beschreibung der Richtung, in die die Wärme fließt, und die Übertragungsrate beschreibt.

Der Prozess der Leitung von einer heißen Quelle zu einer kalten Quelle (oder einer Quelle ohne Wärmeenergie) wird fortgesetzt, bis beide Körper einen thermischen Gleichgewichtszustand erreichen.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Größe der beteiligten Objekte. Größere Objekte benötigen mehr Wärme zum Aufwärmen, verlieren aber gleichzeitig schneller Wärme.

Dies liegt daran, je größer ihre Oberfläche ist, je mehr sie mit dem Freien in Kontakt kommen.

Das physikalische Eigenschaften der Objekte muss ebenfalls berücksichtigt werden.

Wenn Sie beim Kochen einen Holzlöffel verwenden, werden Sie feststellen, dass der Löffel nicht heiß wird. Das liegt daran, dass Holz schlecht ist Dirigent.

Wenn Sie jedoch einen Metalllöffel verwenden, wird die Wärme sehr schnell auf ihn übertragen, da das Metall ein guter Leiter ist.

Schlechte Leiter werden auch als Isolatoren bezeichnet.

Sie verhindern, dass Energie von der Quelle wegfließt.

Beispielsweise, Polar- Bären können in arktischen Regionen überleben, weil ihr Fell als Isolator dient, der die Wärme im Körper speichert.

Beispiel für Wärmeleitung
Beispiel für Wärmeleitung
 

Was ist Konvektion?

Wenn die Massenbewegung eines Fluids aufgrund des sich von der Wärmequelle entfernten erhitzten Fluids auftritt, trägt es Energie mit sich.

Dies ist auch eine Form der Wärmeübertragung und wird als Konvektion bezeichnet.

Dieser Prozess findet statt, weil Wärme die Dichte von Flüssigkeiten wie Luft und Wasser verringert.

Durch den Dichteverlust steigt das Fluid an, wodurch Konvektionsströme entstehen, die Energie übertragen können.

Wenn die erhitzten Schichten des Fluids ansteigen, fallen die kälteren Schichten, die immer noch ihre Dichte behalten, zur Wärmequelle hin ab, bis sie sich erwärmen und zu steigen beginnen.

Es gibt zwei Arten der Konvektion - spontan und erzwungen. Im ersteren Fall tritt die Konvektion aufgrund des Auftriebs auf natürliche Weise auf.

Der Temperaturunterschied bewirkt einen Dichteunterschied.

Wenn zum Beispiel die Sonnenwärme die Erde erwärmt, absorbiert das Meer den größten Teil der Energie, aber es braucht mehr Zeit, um warm zu werden, als an Land.

Daher verliert die Luft über dem Land schneller an Dichte, was zur Schaffung eines Niederdruckgebiets über den Küstengebieten führt.

Das Gebiet über dem Meer hat jedoch einen höheren Druck, und dies führt dazu, dass sich Luft vom Gebiet mit höherem Druck zum Gebiet mit niedrigerem Druck bewegt, dh vom Meer zum Land.

Aus diesem Grund ist die Brise in der Nähe des Meeres im Allgemeinen stärker.

Die erzwungene Konvektion wird durch eine externe Quelle wie einen Lüfter oder einen Geysir verursacht.

Es hängt mit dem Newtonschen Gesetz der Kühlung zusammen, dessen Gleichung wie folgt lautet:

P = dQ / dt = hA (TT)

Hier ist P = dQ / dt die Wärmeübertragungsrate. Das h ist der Konvektionswärmeübertragungskoeffizient. A ist die Oberfläche des freiliegenden Materials.

T bezieht sich auf die Temperatur des Objekts in der Flüssigkeit und T. bezieht sich auf die Temperatur der Flüssigkeit, die dem Konvektionsprozess unterzogen wird.

Konvektion
Konvektionsbeispiele

 

Was ist Strahlung?

Im Gegensatz zu Leitung und Konvektion, die beide einen tatsächlichen physischen Kontakt zwischen zwei Körpern erfordern, ist Strahlung die Wärmeübertragung, die auftritt, selbst wenn die Körper nicht in Kontakt kommen oder im Raum getrennt sind.

Alles im Universum besteht aus Atomen, die zusammen Moleküle bilden.

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Die Rotation und Vibration von Atomen und Molekülen stellt sicher, dass alle Substanzen weiterhin Energie durch elektromagnetische Strahlung abgeben.

Elektronen mit hoher Energie bei hohen atomaren Niveaus fallen auf Niveaus ab, bei denen die Energie niedriger ist.

Was auch immer Energie auf dem Weg verloren geht, wird als elektromagnetische Strahlung emittiert.

Wenn Energie von einem Atom absorbiert wird, steigen seine Elektronen auf ein höheres Energieniveau.

Wenn daher die Geschwindigkeit, mit der Energie absorbiert wird, durch die Geschwindigkeit, mit der sie abgegeben wird, ausgeglichen wird, ändert sich die Temperatur der Substanz nicht.

Wenn das erstere größer als das letztere ist, steigt die Temperatur und wenn es niedriger ist, sinkt auch die Temperatur.

Ein häufiges Beispiel für die Wärmeübertragung durch Strahlung ist die Sonne. Es kommt weder mit einem der anderen Planeten in Kontakt, noch gibt es ein physikalisches Medium für die Wärmeübertragung.

Wir können jedoch seine Wärme aufgrund der elektromagnetischen Strahlung spüren, die es aussendet und die es seinen Strahlen ermöglicht, die Erde zu erreichen.

Beispiel für Strahlung
Beispiel für Strahlung

Hauptunterschiede zwischen Leitung, Konvektion und Strahlung

  1. Wärmeleitung ist der Prozess, bei dem Wärme durch direkten physischen Kontakt zwischen zwei Objekten übertragen wird.
  2. Bei der Konvektion wird Wärme durch ein flüssiges Medium wie eine Flüssigkeit oder ein Gas übertragen.
  3. Der Wärmeübergang durch elektromagnetische Wellen wird als Strahlung bezeichnet.
  4. Wärme, die von einem Bereich mit hoher Temperatur zu einem Bereich mit niedriger Temperatur gelangt, ist die Ursache für die Wärmeleitung.
  5. Wärme, die sich von einem Bereich mit geringer Dichte zu einem Bereich mit hoher Dichte bewegt, verursacht Konvektion.
  6. Strahlung tritt auf, weil die Rotations- und Schwingungsbewegungen der Atome und Moleküle, aus denen Körper bestehen, eine konstante Energieübertragung bewirken.

 

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zu Leitung, Konvektion und Strahlung

  1. Was sind einige Beispiele für Strahlungsleitung und Konvektion?

    Einige Beispiele für Konvektion sind das Kochen von Wasser, das Schmelzen von Eis, der Mechanismus des Heizkörpers, eine dampfende Tasse heißen Tee usw.

    Beispiele für die Wärmeleitung sind die Verwendung des Heizkissens zum Erwärmen des Körpers, das Erhitzen des Motors aufgrund beweglicher Teile, das Rösten von Lebensmitteln über einem Lagerfeuer usw. Beispiele für Strahlung sind das Verbrennen von Kerzenstrahlung und Sonnenstrahlung.

  2. Reiben Sie Ihre Hände an der Leitung?

    Wärmeleitung ist ein Phänomen, bei dem die Wärme von einem Teil auf einen anderen übertragen wird. Beim Reiben der Hände wird die Wärme jedoch eher durch Reibung als durch Wärmeleitung erzeugt.

    Wenn beide Handflächen aneinander gerieben werden, entsteht Reibung, die zur Wärmeerzeugung führt.

  3. Wie wandert Wärme durch Wärmeleitung?

    Nehmen wir ein Beispiel für eine 4 Fuß lange Stahlstange. Wenn wir anfangen, die Stange von einem Ende aus mit Feuer zu erhitzen, ist zu sehen, dass die Wärme durch die Stange fließt und nach einiger Zeit die gesamte Stange heiß wird.

    Dies liegt daran, dass das Material, aus dem der Stab hergestellt ist, die Fähigkeit zur Wärmeübertragung besitzt und ein leitendes Material ist.

  4. Ist ein Eisen ein Beispiel für Leitung?

    Ja, Eisen ist ein Beispiel für Leitung. Wenn Sie ein Ende einer Eisenstange oder eines Eisenstücks erhitzen, kann man sehen, dass die Wärme durch die Stange fließt und nach einiger Zeit die gesamte Stange heiß wird.

    Dies liegt daran, dass das Material, aus dem der Stab hergestellt ist, die Fähigkeit zur Wärmeübertragung besitzt und ein leitendes Material ist.

  5. Warum ist Konvektion schneller als Leitung?

    Die Konvektion ist schneller als der Leitungsprozess.

    Dies liegt daran, dass bei der Konvektion, die hauptsächlich in Flüssigkeiten auftritt, die Moleküle die Freiheit haben, sich schneller von ihren Orten aus zu bewegen und zu vibrieren, während die Moleküle bei der Leitung nicht viel Raum haben, um sich zu bewegen und zu vibrieren.

  6. Ist die Leitung effizienter als die Konvektion?

    Nein, Leitung ist nicht effizienter als Konvektion. Dies liegt daran, dass bei der Konvektion, die hauptsächlich in Flüssigkeiten auftritt, die Moleküle die Freiheit haben, sich schneller von ihren Orten zu bewegen und zu vibrieren, während die Moleküle bei der Leitung nicht viel Raum haben, um sich zu bewegen und zu vibrieren.

  7. Wie können wir Konvektion verhindern?

    Das Isoliermaterial ist weltweit weit verbreitet, um den Leitungseffekt zu verringern, da diese Materialien keine Wärme oder Elektrizität durch sie leiten und keinen Wärme- oder Energieverlust verursachen.

    Diese Materialien verhindern ferner die Luftzirkulation durch sie, wodurch auch die Konvektion verhindert wird.


 

Fazit

Leitung, Konvektion und Strahlung sind wichtige Konzepte für das Studium der Thermodynamik.

Einfach ausgedrückt ist Wärme, die von einem heißen Objekt oder einem heißen Bereich zu einem kalten Objekt des Bereichs gelangt, Wärmeleitung.

Wärmeübertragung durch die Bewegung von Flüssigkeitsströmen ist Konvektion und Wärmeübertragung durch elektromagnetische Wellen ohne jegliches Medium ist Strahlung.


 

Wortwolke für den Unterschied zwischen Leitung, Konvektion und Strahlung

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Verweise

  1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0142727X94000144
  2. https://asmedigitalcollection.asme.org/heattransfer/article-abstract/85/4/318/414710