Sự khác biệt giữa đối lưu và dẫn điện

Mục lục:

Sự khác biệt chính - Sự đối lưu so với Sự dẫn truyền
Dẫn điện là gì
Đối lưu là gì
Sự khác biệt giữa đối lưu và dẫn điện

Sự khác biệt chính - Sự đối lưu so với Sự dẫn truyền

Đối lưu và sự dẫn truyền đều là cơ chế truyền nhiệt. Các Sự khác biệt chính giữa đối lưu và dẫn truyền là, tôin đối lưu, nhiệt được truyền qua một dòng vật chất trong khi, trong sự dẫn truyền, nhiệt được truyền qua va chạm của các hạt tạo nên vật liệu.

Dẫn điện là gì

Các hạt cấu tạo nên vật chất luôn chuyển động. Khi nhiệt độ tăng, các hạt có động năng lớn hơn, và do đó chúng dao động với biên độ lớn hơn. Trong quá trình dẫn truyền, một hạt dao động đập vào một hạt lân cận, truyền năng lượng cho hạt đó. Hạt này bây giờ dao động với một biên độ lớn hơn, và nó có thể va chạm với một nguyên tử lân cận khác, tạo ra năng lượng cho nó. Quá trình truyền năng lượng này có thể tiếp tục từ đầu này sang đầu kia của vật thể. Vì sự gia tăng động năng của các hạt biểu hiện bằng sự tăng nhiệt độ, nên sự tăng dần động năng của các hạt dọc theo vật thể kèm theo sự tăng dần nhiệt độ dọc theo vật. Quá trình này, theo đó nhiệt được truyền đi do va chạm của các hạt được gọi là sự dẫn truyền.

Khả năng của một vật liệu để truyền nhiệt thông qua dẫn được đặc trưng bởi tính dẫn của nó. Tốc độ truyền nhiệt,

hoặc dòng nhiệt, giữa hai vật có sự chênh lệch nhiệt độ là

được đưa ra bởi

ở đâu

và

lần lượt là diện tích tiết diện và chiều dài của vật dẫn truyền nhiệt. Lá thư

là dẫn nhiệt, được đo bằng đơn vị W m^-1 K^-1.

Như đã thấy từ phương trình, tốc độ truyền nhiệt tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ và diện tích mặt cắt ngang của vật dẫn, và tỷ lệ nghịch với chiều dài của vật dẫn. Giá trị của độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào tính chất tế vi của vật liệu. Kim loại là chất dẫn nhiệt tốt vì chúng chứa một số lượng lớn các điện tử tự do có thể va chạm tự do để truyền năng lượng. Trong khi đó, các ion tạo thành mạng tinh thể dao động về các vị trí cố định cũng va chạm và truyền nhiệt. Tuy nhiên, các electron tự do chịu trách nhiệm về phần lớn sự truyền nhiệt trong kim loại.

Đối lưu là gì

Đối lưu là cơ chế truyền nhiệt trong vật liệu thông qua một dòng chảy khối lượng của vật liệu. Ở đây, để truyền nhiệt, các phần của vật liệu tự chuyển động - tức là có sự truyền khối lượng bên trong vật liệu. Thông thường, đối lưu xảy ra trong chất lỏng. Tuy nhiên, đôi khi có thể thấy ảnh hưởng của đối lưu trong chất rắn, như trong trường hợp kiến tạo mảng. Biểu đồ dưới đây cho thấy các dạng xoáy của đối lưu được hình thành do hơi nước bốc lên từ tách cà phê:

Dòng đối lưu bắt đầu hình thành trong hơi nước bốc lên từ cốc chất lỏng nóng

Đối lưu là một quá trình phức tạp và không có phương trình đơn giản nào mô tả đầy đủ nó. Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng một giá trị gần đúng cho các trường hợp chất lỏng được làm nóng bằng cách sử dụng bề mặt rắn. Đối với những trường hợp này, tốc độ truyền nhiệt

được đưa ra bởi,

ở đâu

là diện tích bề mặt mà nhiệt được truyền qua,

là nhiệt độ của chất rắn,

là nhiệt độ của không khí.

được gọi là hệ số truyền nhiệt đối lưu. Hệ số này phụ thuộc vào một số đặc tính bao gồm mật độ, độ nhớt và tốc độ dòng chảy của chất lỏng. Đơn vị cho hệ số truyền nhiệt đối lưu là W m^-2 K^-1.

Lưu ý rằng chất lỏng truyền nhiệt qua đối lưu cũng truyền nhiệt qua dẫn. Nếu sự dẫn truyền rất hiệu quả, nó có thể ngăn cản sự hình thành các dòng đối lưu và cản trở sự truyền nhiệt đối lưu. Cơ chế truyền nhiệt ưu thế là dẫn truyền hay đối lưu của chất lỏng có thể được tìm thấy bằng cách tính toán một số được gọi là Số Rayleigh.

Sơ đồ dưới đây minh họa các trường hợp mà mỗi loại trong ba loại cơ chế truyền nhiệt đều chiếm ưu thế.