ההבדל העיקרי - הסעה מול קרינה

הולכת חום ו קְרִינָה הם שני מנגנוני העברת החום. הם מאפשרים הובלת אנרגיה תרמית ממקום אחד למשנהו. ה ההבדל העיקרי בין הסעה לקרינה זה הסעה היא מנגנון של העברת חום הכולל זרימה המונית של חומר. קרינה, לעומת זאת, היא העברת חום באמצעות אנרגיה אלקטרומגנטית. כתוצאה מכך, קרינה יכולה להעביר חום באמצעות ואקום.

מהי הסעה

הסעה היא מנגנון העברת החום בחומרים באמצעות זרימת המונים של החומר. על מנת להוביל חום, חלקים מהחומר עצמו נע - כלומר יש העברת מסה בתוך החומר. בדרך כלל הסעה מתרחשת בנוזלים. עם זאת, לעתים ניתן לראות השפעות של הסעה במוצקים, כמו במקרה של טקטוניקה של צלחות. ישנם שני סוגים עיקריים של הסעה: טִבעִי ו כָּפוּי.

הסעה היא תהליך מורכב ואין משוואה פשוטה המתארת ​​אותו במלואו. עם זאת, אנו יכולים להשתמש בקירוב למקרים בהם נוזל מחומם באמצעות משטח מוצק. במקרים אלה, קצב העברת החום

ניתן ע"י,

איפה

הוא שטח הפנים שחום מועבר אליו,

האם הטמפרטורה של המוצק,

היא טמפרטורת האוויר.

ידוע כמקדם העברת החום הסעה. מקדם זה תלוי במספר תכונות כולל הצפיפות, הצמיגות וקצב הזרימה של הנוזל.

הסעה טבעית

ב הסעה טבעית, זרימת חומרים נגרמת על ידי הבדלים בצפיפות. לדוגמה, הבה נבחן את קומקום המים המחומם על הכיריים. כשהמים מתחממים בתחתית הקומקום, הם מתרחבים. המשמעות היא שמולקולות המים ממוקמות כעת זו מזו, מה שגורם לצפיפות המים בתחתית לרדת. כעת, המים בתחתית הקומקום פחות צפופים בהשוואה למים בראש הקומקום. בשל הבדל הצפיפות, המים החמים יותר מלמטה עולים למעלה ואילו המים הקרים יותר מלמעלה שוקעים לתחתית. התהליך חוזר עד שהחלק העליון והתחתון נמצאים באותה הטמפרטורה.

הנוזל החם העולה אינו יכול לעלות לאורך אותו קו בו הנוזל הקר שוקע. לכן, הנוזל צריך לנוע אופקית לפני שהוא עולה/שוקע למחזור הבא. זה מסדר תאי הסעה בנוזל, כפי שמוצג בתרשים להלן.

תאי הסעה

הסעה טבעית אחראית לזרמי אוויר והיא גם אחד הגורמים העיקריים המעורבים בזרמי האוקיינוס.

הסעה היא גם גורם חשוב בטקטוניקה של צלחות. החלקים הפנימיים של מעטפת כדור הארץ חמים יותר מהחלק החיצוני, והדבר גורם להתקנת תאי הסעה במעטפת. המעטפת מוצקה ותנועת החומר בתוך המעטפת איטית למדי, כ- 20 מ"מ בשנה.

הסעה במעטפת כדור הארץ

הסעה מאולצת

הסעה בכפייה מתרחשת כאשר תנועת החומר נעה באמצעות מנגנון חיצוני כגון שימוש במאוורר או משאבה. מחממי מאווררים הם דוגמה טובה להסעה מאולצת. בגוף האדם הלב פועל גם כמשאבה האחראית על הסעה כפויה של חום סביב הגוף.

מהי קרינה

קְרִינָה מתאר את העברת החום באמצעות קרינה אלקטרומגנטית. בשל האנרגיה הקינטית, מולקולות המרכיבות אובייקטים תמיד בתנועה. זה גורם למטענים באותן מולקולות לזוז, מה שמביא ליצירת גלים אלקטרומגנטיים.

הקצב שבו אובייקט פולט חום באמצעות קרינה ניתן על ידי חוק סטפן-בולצמן:

איפה

הוא שטח הפנים של האובייקט ו

היא הטמפרטורה המוחלטת שלה.

האם ה קבוע סטפן-בולצמן,

.

הכמות

נקרא פליחות. זה לוקח ערך בין 0 ל -1.

גבוה יותר עבור אובייקטים כהים יותר עם משטחים כהים יותר, הפולטים וסופגים קרינה היטב. משטחים מבריקים סופגים ופולטים הרבה פחות קרינה ויש להם שיגורים קרובים יותר ל 0. משטח אידיאלי שהוא גם בולם מושלם וגם פולט קרינה בעל פליטת 1 ונקרא a גוף שחור.

מכיוון שהאובייקט פולט קרינה לסביבה, הוא גם סופג קרינה מהסביבה. אם הסביבה נמצאת בטמפרטורה של

, הקצב נטו שבו גוף מקרין חום ניתן על ידי

אם

יש קרינת חום נטו מהגוף לסביבה.

אובייקטים פולטים אורכי גל מסוימים של קרינה יותר מאחרים. בדרך כלל, ככל שהגוף חם יותר, כך אורך הגל הנפלט ביותר הוא נמוך יותר. לדוגמה, כוכבים חמים יותר צריכים להיות בצבע כחול יותר (אורך גל קטן יותר) בהשוואה לכוכבים קרים ואדומים יותר (אורך גל גדול יותר). לגוף שחור אידיאלי בטמפרטורה מוחלטת

, חוק וינה נותן את אורך הגל

הנפלט ביותר:

בטמפרטורת החדר, אורך הגל העיקרי המוקרן על ידי גופים נמצא בתחום האינפרא אדום. התרשים שלהלן מציג את צפיפות האנרגיה של אורך גל נתון שמקרין גוף שחור במספר טמפרטורות שונות.

קרינה - חוק וינה

תרמוגרמות משתמשות בקרינה תרמית הנפלטת על ידי הגוף לצורך בדיקת מחלות ומצלמות אינפרא אדומות משמשות "לראות" בחושך. קרינה מכוכבים מרוחקים משמשת גם למדידת המרחק בין כדור הארץ לכוכבים.

ההבדל בין הסעה לקרינה-תרמוגרמה של בית חסכוני באנרגיה בחזית, מקרינה הרבה פחות אנרגיה תרמית בהשוואה לבית מסורתי המקרין הרבה יותר אנרגיה (רקע)

מה ההבדל בין הסעה לקרינה

מָקוֹר

הולכת חום מתרחשת כתוצאה מהתרחבות תרמית של החומר.

קְרִינָה הוא תוצאה של תנועת מטענים בחומרים עקב אנרגיה קינטית של המולקולות.

מַנגָנוֹן

הולכת חום כולל העברת מסה של חומר, בדרך כלל נוזל.

קְרִינָה כולל גל אלקטרומגנטי. החומר עצמו אינו זז.

בינוני

הולכת חום דורש מדיום.

קְרִינָה אינו דורש מדיום ויכול להעביר חום באמצעות ואקום.

תלות טמפרטורה

הולכת חום גורם לקצב זרימת חום שהוא ביחס ישר להפרש הטמפרטורה בערך.

קְרִינָה גורם לקצב זרימת חום שתלוי בהבדל בין הכוחות הרביעי של הטמפרטורות של האובייקט והסביבה.

הפניות

ליו ואח ', (2007). הסעה בקנה מידה קטן במעטפת העליונה מתחת להרי טיאן שאן הסינים. פיזיקת כדור הארץ ופנים פלנטרי (163), 179-190

תמונה באדיבות

"מרכז: תאי הסעה בכלי, למעלה: תפוקת חום, תחתון: קלט חום" מאת אייריאן (עבודה משלו) [CC BY-SA 3.0], באמצעות ויקימדיה

"מראה כיצד נוצרים רכסי אוקיינוס, ליתוספירה נכנעת בשוחות; טוב להבנת טקטוניקה של צלחות. " מאת Surachit (יצירה משלו) [CC BY-SA 3.0], באמצעות ויקימדיה

"חוק הקרינה של וינה / פראוו וינה" מאת 4C (יצירה משלו, מבוססת על גרסת JPG) [CC BY-SA 3.0], באמצעות ויקימדיה

"תרמוגרמה של בניין פסיבהאוס, עם רקע בניין מסורתי." מאת מכון Passivhaus (הועתק ל- Commons מתוך http://en.wikipedia.org. מקור מקורי Passivhaus Institute, גרמניה-http://www.passiv.de) [CC BY-SA 3.0], באמצעות ויקימדיה