Vad är kopplingen mellan strålning, konvektion och ledning?

June 23

Strålning, konvektion och ledning finns tre olika sätt på vilka värme kan överföras. Konvektion och ledning kräver materia att överföra värme. Överför strålningsvärme genom rymden i form av energi, som vågor. Även om dessa tre metoder för värmeöverföring involverar olika principer, kan de alla förstås utifrån fysiken i värme eller termisk energi.

Materia består av partiklar, vilka interagerar med varandra för att överföra värmeenergi. När ett material med en högre temperatur kommer i kontakt med ett material med lägre temperatur, strömmar värme från varmare till den kallare materialet. Denna process kommer att fortsätta tills de två materialen är vid samma temperatur och har nått ett tillstånd av termisk jämvikt.

I ledning, kommer en hetare stycke materia i kontakt med en kallare bit materia, och värmeflöden från varmare till kallare regionen. Värmen leds eftersom snabbrörliga partiklar av varmare materia energiöverföring till de kallare, långsammare rörliga molekyler av kallare materia. Förmågan hos ett material att leda värme beror på dess molekylära struktur och konsistens. Till exempel, metaller finns bättre värmeledare än trä, och fasta ämnen är bättre värmeledare än vätskor.

Konvektion överföringar värme bygger på en annan princip i partikelrörelse. När partiklar besitter en stor mängd värmeenergi, orsakar denna energi dem att gå snabbare och sprids ut, vilket gör materialet mindre tät. Partiklar i ett kallare region har mindre energi och rör sig långsamt, vilket leder till större täthet. I vätskor och gaser, denna princip medför kallare regioner av materialet sjunker till botten, medan varmare regioner stiga till toppen.

En ström bildas genom cirkulation av vätska eller gas i detta mönster. Detta kallas en konvektionsström. I atmosfären, exempelvis kall luft sänkor medan varm luft stiger och att producera cirkulationen.

Den tredje metoden för värmeöverföring, strålning, kräver ingen materia och inte beroende på interaktionen mellan partiklarna. Ett exempel är solstrålning. Värme från solen når jorden trots reser genom rymdens vakuum. I fallet med strålning, existerar värmeenergi i form av vågor. Det är en typ av elektromagnetisk strålning, som synligt ljus.

Atomer absorbera energin av strålning genom sina elektroner, som använder energi för att flytta till en högre nivå inom atomen. Denna energi kan avges igen när elektronen faller till sin ursprungliga nivå. Temperaturen på ett objekt i närvaro av strålning beror på hur mycket energi som det absorberar kontra hur mycket den avger, så ett objekt som absorberar mer energi än den avger kommer att stiga i temperatur.