Différence entre la conduction, la convection et le rayonnement (avec tableau)

Conduction vs convection vs rayonnement

Lorsque l'énergie thermique est transférée d'un système à un autre par dispersion de chaleur, le phénomène est appelé transfert de chaleur.

Cela peut être fait de trois manières: conduction, convection et rayonnement.

le différence clé entre la conduction, la convection et le rayonnement réside dans le fait qu'il ne s'agit que de la manière dont la chaleur est transférée d'une zone à énergie cinétique plus élevée à une zone d'énergie cinétique inférieure.

En conduction, cela se produit par contact physique direct entre deux objets.

La convection, en revanche, se produit lorsque la chaleur est transférée par le mouvement des molécules.

Il fait référence au transfert de chaleur qui se produit dans les fluides. Le rayonnement ne nécessite pas de contact physique entre deux objets comme les autres méthodes.

C'est le processus par lequel la chaleur est transférée à travers ondes électromagnétiques


 

Tableau de comparaison entre conduction, convection et rayonnement (sous forme tabulaire)

Paramètre de comparaisonConductionConvectionRadiation
DéfinitionProcessus de transfert de chaleur entre objets par contact physique direct.Processus de transfert de chaleur à travers un milieu fluide tel que des liquides ou des gaz.Processus de transfert de chaleur par ondes électromagnétiques.
MéthodeLa chaleur est transférée en raison de la collision moléculaire lorsque les solides entrent en contact les uns avec les autres.La chaleur est transférée par l'écoulement des fluides.La chaleur est transférée à travers le rayonnement émis par les corps sans avoir besoin d'un milieu.
CauseLa chaleur se propage d'une zone à haute température à une zone à basse température.Chaleur passant d'une zone à faible densité à une zone à haute densité.Énergie émise par les corps à travers les mouvements de rotation et de vibration des atomes et des molécules.
MoyenSolides chauffés.Substance d'intervention comme les liquides.Ondes électromagnétiques.

 

Qu'est-ce que la conduction?

Le processus de transfert de chaleur par contact direct entre deux objets est appelé conduction.

Lorsque les molécules d'un objet absorbent l'énergie thermique, elles commencent à se déplacer rapidement et ce faisant, elles entrent en contact avec des objets voisins et un transfert d'énergie se produit.

La conduction est un processus très courant. Le simple fait de toucher un récipient chaud provoque une conduction et la chaleur est transférée du récipient à votre main.

Pour que la conduction se produise, certains facteurs doivent être gardés à l'esprit.

Le premier est le gradient de température qui est la description de la direction dans laquelle circule la chaleur et du taux de transfert.

Le processus de conduction d'une source chaude à une source froide (ou une source dépourvue d'énergie thermique) se poursuit jusqu'à ce que les deux corps atteignent un état d'équilibre thermique.

Un autre facteur important est la taille des objets impliqués. Les objets plus gros nécessitent plus de chaleur pour être réchauffés, mais en même temps, ils perdent de la chaleur plus rapidement.

C'est parce que plus leur superficie c'est, plus ils entrent en contact avec le plein air.

le propriétés physiques des objets doivent également être pris en compte.

Si vous utilisez une cuillère en bois pendant la cuisson, vous remarquerez que la cuillère ne chauffe pas. C'est parce que le bois est un mauvais conducteur.

Cependant, si vous utilisez une cuillère en métal, la chaleur y sera transférée très rapidement car le métal est un bon conducteur.

Les mauvais conducteurs sont également appelés isolants.

Ils empêchent l'énergie de s'échapper de la source.

Par exemple, polaire les ours sont capables de survivre dans les régions arctiques parce que leur fourrure sert d'isolant qui emprisonne la chaleur à l'intérieur du corps.

Exemple de conduction thermique
Exemple de conduction thermique
 

Qu'est-ce que la convection?

Lorsque le mouvement de masse d'un fluide dû au fluide chauffé s'éloignant de la source de chaleur se produit, il transporte de l'énergie avec lui.

C'est aussi une forme de transfert de chaleur et cela s'appelle la convection.

Ce processus se produit parce que la chaleur diminue la densité des fluides comme l'air et l'eau.

La perte de densité fait monter le fluide, créant ainsi des courants de convection qui peuvent transférer de l'énergie.

Au fur et à mesure que les couches chauffées du fluide montent, les couches plus froides qui conservent encore leur densité descendent vers la source de chaleur jusqu'à ce qu'elles s'échauffent et commencent à monter.

Il existe deux types de convection: spontanée et forcée. Dans le premier cas, la convection se produit naturellement en raison de la flottabilité.

La différence de température provoque une différence de densité.

Par exemple, lorsque la chaleur du soleil réchauffe la terre, la mer absorbe la majeure partie de l'énergie, mais il faut plus de temps pour se réchauffer que la terre.

Par conséquent, l'air au-dessus de la terre perd de sa densité plus rapidement, ce qui entraîne la création d'une zone de basse pression sur les zones côtières.

Mais la zone au-dessus de la mer a une pression plus élevée et cela fait passer l'air de la zone de pression plus élevée à la zone de pression inférieure, c'est-à-dire de la mer à la terre.

C'est pourquoi la brise près de la mer est généralement plus forte.

La convection forcée est provoquée à l'aide d'une source externe comme un ventilateur ou un geyser.

Elle est liée à la loi de Newton du refroidissement de l'équation pour laquelle est la suivante:

P = dQ / dt = hA (TT)

Ici P = dQ / dt est le taux de transfert de chaleur. Le h est le coefficient de transfert de chaleur par convection. A est la surface du matériau qui est exposée.

T fait référence à la température de l'objet dans le fluide et T se réfère à la température du fluide soumis au processus de convection.

Convection
Exemples de convection

 

Qu'est-ce que le rayonnement?

Contrairement à la conduction et à la convection qui nécessitent toutes deux un contact physique réel entre deux corps, le rayonnement est le transfert de chaleur qui se produit même lorsque les corps n'entrent pas en contact ou sont séparés dans l'espace.

Tout dans l'univers est composé d'atomes qui forment ensemble des molécules.

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La rotation et la vibration des atomes et des molécules garantissent que toutes les substances continuent à émettre de l'énergie par rayonnement électromagnétique.

Les électrons à haute énergie à des niveaux atomiques élevés descendent à des niveaux où l'énergie est plus faible.

Quelle que soit l'énergie perdue en cours de route, elle est émise sous forme de rayonnement électromagnétique.

Lorsque l'énergie est absorbée par un atome, ses électrons atteignent des niveaux d'énergie plus élevés.

Par conséquent, lorsque la vitesse à laquelle l'énergie est absorbée est équilibrée par la vitesse à laquelle elle est émise, la température de la substance ne changera pas.

Si la première est supérieure à la seconde, la température augmentera et si elle est inférieure, la température diminuera également.

Un exemple courant de transfert de chaleur par rayonnement est le soleil. Il n'entre en contact avec aucune des autres planètes et il n'y a pas non plus de support physique pour le transfert de chaleur.

Pourtant, nous pouvons ressentir sa chaleur à cause du rayonnement électromagnétique qu'il émet qui permet à ses rayons d'atteindre la terre.

Exemple de rayonnement
Exemple de rayonnement

Différences principales entre la conduction, la convection et le rayonnement

  1. La conduction est le processus par lequel la chaleur est transférée entre deux objets par contact physique direct.
  2. En convection, la chaleur est transférée par un milieu fluide tel qu'un liquide ou un gaz.
  3. La transition de la chaleur à travers les ondes électromagnétiques est appelée rayonnement.
  4. La chaleur voyageant d'une zone à haute température à une zone à basse température est la cause de la conduction.
  5. La chaleur passant d'une zone à faible densité à une zone à haute densité provoque une convection.
  6. Le rayonnement se produit parce que les mouvements de rotation et de vibration des atomes et des molécules qui composent les corps provoquent une transmission constante d'énergie.

 

Foire aux questions (FAQ) sur la conduction, la convection et le rayonnement

  1. Quels sont quelques exemples de conduction et de convection de rayonnement?

    Quelques exemples de convection sont l'ébullition de l'eau, la fonte de la glace, le mécanisme du radiateur, une tasse fumante de thé chaud, etc.

    Des exemples de conduction sont l'utilisation du coussin chauffant pour réchauffer le corps, l'échauffement du moteur en raison de pièces mobiles, le rôtissage de nourriture sur un feu de camp, etc.

  2. Frotter vos mains ensemble est-il une conduction?

    La conduction est un phénomène où la chaleur est transférée d'une pièce à une autre. Mais dans le cas du frottement des mains, la chaleur est générée en raison du processus de friction plutôt que de la conduction.

    Lorsque les deux paumes sont frottées l'une contre l'autre, une friction est créée, ce qui entraîne la génération de chaleur.

  3. Comment la chaleur se déplace-t-elle par conduction?

    Prenons un exemple d'une tige d'acier de 4 pieds de long. Lorsque nous commençons à chauffer la tige à une extrémité en utilisant le feu, on peut voir que la chaleur commence à voyager à travers la tige et après un certain temps, la tige entière devient chaude.

    En effet, le matériau avec lequel la tige est faite a la capacité de transfert de chaleur et est un matériau conducteur.

  4. Un fer est-il un exemple de conduction?

    Oui, le fer est un exemple de conduction. Lorsque vous commencez à chauffer une extrémité d'une tige ou d'une pièce de fer, on peut voir que la chaleur commence à voyager à travers la tige et après un certain temps, la tige entière devient chaude.

    En effet, le matériau avec lequel la tige est faite a la capacité de transfert de chaleur et est un matériau conducteur.

  5. Pourquoi la convection est-elle plus rapide que la conduction?

    La convection est plus rapide que le processus de conduction.

    En effet, dans le cas de la convection, qui se produit principalement dans les fluides, les molécules ont la liberté de se déplacer et de vibrer de leur place à un rythme plus rapide, tandis qu'en conduction, les molécules n'ont pas beaucoup d'espace pour se déplacer et vibrer.

  6. La conduction est-elle plus efficace que la convection?

    Non, la conduction n'est pas efficace que la convection. En effet, dans le cas de la convection, qui se produit principalement dans les fluides, les molécules ont la liberté de se déplacer et de vibrer de leur place à un rythme plus rapide, tandis qu'en conduction, les molécules n'ont pas beaucoup d'espace pour se déplacer et vibrer.

  7. Comment éviter la convection?

    Le matériau isolant a été largement utilisé dans le monde entier pour réduire l'effet de conduction car ces matériaux ne conduisent aucune chaleur ou électricité à travers eux et n'entraînent pas de perte de chaleur ou d'énergie.

    Ces matériaux empêchent en outre la circulation d'air à travers eux, ce qui empêche également la convection.


 

Conclusion

La conduction, la convection et le rayonnement sont des concepts importants dans l'étude de la thermodynamique.

En termes simples, la chaleur qui se propage d'un objet chaud ou d'une zone chaude vers un objet froid de la zone est une conduction.

La chaleur est transférée par le mouvement des courants de fluide est la convection et la chaleur transférée par les ondes électromagnétiques sans qu'aucun milieu ne soit un rayonnement.


 

Nuage de mot pour la différence entre la conduction, la convection et le rayonnement

Voici une collection des termes les plus utilisés dans cet article sur Conduction, convection et rayonnement. Cela devrait vous aider à vous rappeler ultérieurement les termes associés utilisés dans cet article.

Différence entre la convection par conduction et le rayonnement
Nuage de mot pour Conduction, convection et rayonnement

 

Références

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