Sự khác biệt giữa đối lưu và bức xạ

Mục lục:

Sự khác biệt chính - Đối lưu và bức xạ
Đối lưu là gì
Sự đối lưu tự nhiên
Đối lưu cưỡng bức
Bức xạ là gì
Sự khác biệt giữa Đối lưu và Bức xạ là gì

Sự khác biệt chính - Đối lưu và bức xạ

Đối lưu và sự bức xạ đều là cơ chế truyền nhiệt. Chúng cho phép năng lượng nhiệt được vận chuyển từ nơi này đến nơi khác. Các Sự khác biệt chính giữa đối lưu và bức xạ là đối lưu là một cơ chế truyền nhiệt liên quan đến một dòng vật chất. Mặt khác, bức xạ là sự truyền nhiệt sử dụng năng lượng điện từ. Do đó, bức xạ có thể truyền nhiệt qua chân không.

Đối lưu là gì

Đối lưu là cơ chế truyền nhiệt trong vật liệu thông qua dòng chảy khối lượng của vật liệu. Để dẫn nhiệt, các bộ phận 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. Có hai loại đối lưu chính: tự nhiên và bị ép.

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.

Sự đối lưu tự nhiên

Trong Sự đối lưu tự nhiên, dòng chảy của vật liệu là do sự khác biệt về tỷ trọng. Ví dụ, chúng ta hãy xem xét một ấm nước đang được làm ấm trên bếp. Khi nước nóng lên ở đáy ấm, nó nở ra. Điều này có nghĩa là các phân tử nước bây giờ được đặt xa nhau hơn, điều này làm cho mật độ của nước ở đáy giảm. Bây giờ, nước ở đáy ấm ít đặc hơn so với nước ở trên cùng của ấm. Do sự khác biệt về mật độ, nước ấm hơn từ dưới lên trên trong khi nước lạnh hơn từ trên chìm xuống dưới. Quá trình lặp lại cho đến khi cả trên và dưới đều ở nhiệt độ như nhau.

Chất lỏng nóng đang lên không thể dâng lên theo cùng một đường mà chất lỏng lạnh đang chìm xuống. Do đó, chất lỏng cần chuyển động theo phương ngang trước khi tăng / chìm cho chu kỳ tiếp theo. Điều này thiết lập tế bào đối lưu trong chất lỏng, như thể hiện trong sơ đồ dưới đây.

Tế bào đối lưu

Đối lưu tự nhiên là nguyên nhân tạo ra các dòng không khí và nó cũng là một trong những yếu tố chính liên quan đến các dòng hải lưu.

Sự đối lưu cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình kiến tạo mảng. Các phần bên trong của lớp phủ Trái đất nóng hơn phần bên ngoài và điều này khiến các tế bào đối lưu được thiết lập trong lớp phủ. Lớp phủ là rắn và sự di chuyển của vật chất trong lớp phủ khá chậm, khoảng 20 mm mỗi năm.

Sự đối lưu trong lớp đệm của Trái đất

Đối lưu cưỡng bức

Đối lưu cưỡng bức xảy ra khi chuyển động của vật liệu được di chuyển bằng một cơ chế bên ngoài như sử dụng quạt hoặc máy bơm. Quạt sưởi là một ví dụ điển hình cho đối lưu cưỡng bức. Trong cơ thể con người, tim cũng hoạt động như một máy bơm chịu trách nhiệm đối lưu cưỡng bức nhiệt xung quanh cơ thể.

Bức xạ là gì

Sự bức xạ mô tả sự truyền nhiệt qua bức xạ điện từ. Do động năng, các phân tử cấu tạo nên vật luôn chuyển động. Điều này làm cho các điện tích trong các phân tử đó chuyển động, dẫn đến việc tạo ra sóng điện từ.

Tốc độ mà một vật tỏa nhiệt qua bức xạ được cho bởi Định luật Stefan-Boltzmann:

ở đâu

là diện tích bề mặt của vật thể và

là nhiệt độ tuyệt đối của nó.

là Hằng số Stefan-Boltzmann,

Số lượng

được gọi là sự phát xạ. Nó có giá trị từ 0 đến 1.

cao hơn đối với các vật tối hơn có bề mặt tối hơn, chúng phát ra và hấp thụ tốt bức xạ. Các bề mặt sáng bóng hấp thụ và phát ra ít bức xạ hơn nhiều và chúng có độ phát xạ gần bằng 0. Một bề mặt lý tưởng vừa là chất hấp thụ hoàn hảo vừa là chất phát bức xạ có độ phát xạ bằng 1 và được gọi là người da đen.

Khi vật thể đang phát ra bức xạ ra môi trường xung quanh, nó cũng đang hấp thụ bức xạ từ môi trường xung quanh. Nếu môi trường xung quanh ở nhiệt độ

, tốc độ thực mà một cơ thể tỏa nhiệt được cho bởi

Nếu như

có một bức xạ nhiệt ròng là từ cơ thể ra môi trường xung quanh.

Các vật thể phát ra một số bức xạ có bước sóng nhiều hơn những vật khác. Thông thường, cơ thể càng nóng thì bước sóng được phát ra nhiều nhất càng thấp. Ví dụ, những ngôi sao nóng hơn nên có màu xanh hơn (bước sóng nhỏ hơn) so với những ngôi sao lạnh hơn, đỏ hơn (bước sóng lớn hơn). Đối với một người da đen lý tưởng ở nhiệt độ tuyệt đối

, Luật Wien đưa ra bước sóng

được phát ra nhiều nhất:

Ở nhiệt độ phòng, bước sóng chính do các vật thể bức xạ nằm trong dải hồng ngoại. Biểu đồ dưới đây cho thấy mật độ năng lượng của một bước sóng nhất định được phát ra bởi một vật đen ở một số nhiệt độ khác nhau.

Bức xạ - Định luật Wien

Máy đo nhiệt độ sử dụng bức xạ nhiệt do cơ thể phát ra để sàng lọc bệnh tật và máy ảnh hồng ngoại được sử dụng để "nhìn" trong bóng tối. Bức xạ từ các ngôi sao xa xôi cũng được sử dụng để đo khoảng cách giữa Trái đất và các ngôi sao.

Sự khác biệt giữa đối lưu và bức xạ - Biểu đồ nhiệt của ngôi nhà tiết kiệm năng lượng ở phía trước, tỏa ra ít năng lượng nhiệt hơn nhiều so với ngôi nhà truyền thống tỏa ra nhiều năng lượng hơn (nền)