الفرق الرئيسي - الحمل الحراري مقابل الإشعاع

الحمل و إشعاع كلا آليات نقل الحرارة. إنها تسمح بنقل الطاقة الحرارية من مكان إلى آخر. ال الفرق الرئيسي بين الحمل الحراري والإشعاع هو ذلك الحمل الحراري هو آلية لانتقال الحرارة والتي تنطوي على تدفق كتلة من المواد. من ناحية أخرى ، فإن الإشعاع هو انتقال للحرارة باستخدام الطاقة الكهرومغناطيسية. وبالتالي ، يمكن للإشعاع نقل الحرارة من خلال الفراغ.

ما هو الحمل

الحمل الحراري هو آلية انتقال الحرارة في المواد من خلال التدفق الكتلي للمادة. من أجل إجراء الحرارة ، تتحرك أجزاء من المادة نفسها - أي أن هناك انتقالًا للكتلة داخل المادة. عادة ، يحدث الحمل الحراري في السوائل. ومع ذلك ، يمكن رؤية تأثيرات الحمل الحراري أحيانًا في المواد الصلبة ، كما في حالة الصفائح التكتونية. هناك نوعان رئيسيان من الحمل الحراري: طبيعي >> صفة و قسري.

الحمل الحراري عملية معقدة ولا توجد معادلة بسيطة تصفها بشكل كامل. ومع ذلك ، يمكننا الاستفادة من تقريب الحالات التي يتم فيها تسخين سائل باستخدام سطح صلب. لهذه الحالات ، معدل نقل الحرارة

اعطي من قبل،

أين

هي مساحة السطح التي تنتقل الحرارة من خلالها ،

هي درجة حرارة المادة الصلبة ،

هي درجة حرارة الهواء.

يُعرف باسم معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري. يعتمد هذا المعامل على عدد من الخصائص بما في ذلك الكثافة واللزوجة ومعدل تدفق السائل.

الحمل الحراري الطبيعي

في الحمل الحراري الطبيعي، تدفق المواد سببه الاختلافات في الكثافة. على سبيل المثال ، دعونا نفكر في غلاية ماء يتم تسخينها على موقد. عندما يسخن الماء في قاع الغلاية ، يتمدد. هذا يعني أن جزيئات الماء أصبحت الآن متباعدة ، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة الماء في القاع. الآن ، الماء في الجزء السفلي من الغلاية أقل كثافة من الماء الموجود في الجزء العلوي من الغلاية. نظرًا لاختلاف الكثافة ، يرتفع الماء الأكثر دفئًا من القاع إلى الأعلى بينما يغوص الماء البارد من الأعلى إلى الأسفل. تتكرر العملية حتى يصبح الجزءان العلوي والسفلي بنفس درجة الحرارة.

لا يمكن أن يرتفع السائل الساخن المتصاعد على نفس الخط حيث يغرق السائل البارد. لذلك ، يحتاج السائل إلى التحرك أفقيًا قبل أن يرتفع / يغرق للدورة التالية. هذا الإعداد خلايا الحمل الحراري في السائل ، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه.

خلايا الحمل الحراري

الحمل الحراري الطبيعي مسؤول عن التيارات الهوائية وهو أيضًا أحد العوامل الرئيسية التي تشارك في تيارات المحيط.

يعتبر الحمل الحراري أيضًا عاملاً مهمًا في حركة الصفائح التكتونية. تكون الأجزاء الداخلية لغطاء الأرض أكثر سخونة من الجزء الخارجي ، وهذا يتسبب في تكوين خلايا الحمل الحراري في الوشاح. الوشاح صلب ، وحركة المواد داخل الوشاح بطيئة جدًا ، حوالي 20 ملم في السنة.

الحمل الحراري في عباءة الأرض

الحراري الجبري

الحراري الجبري يحدث عندما يتم نقل حركة المادة باستخدام آلية خارجية مثل استخدام مروحة أو مضخة. سخانات المروحة هي مثال جيد للحمل القسري. في جسم الإنسان ، يعمل القلب أيضًا كمضخة مسؤولة عن الحمل الحراري القسري للحرارة حول الجسم.

ما هو الإشعاع

إشعاع يصف انتقال الحرارة عبر الإشعاع الكهرومغناطيسي. بسبب الطاقة الحركية ، فإن الجزيئات التي تتكون منها الأشياء تتحرك دائمًا. يؤدي هذا إلى تحريك الشحنات في تلك الجزيئات ، مما يؤدي إلى تكوين موجات كهرومغناطيسية.

المعدل الذي يبعث به الجسم الحرارة من خلال الإشعاع يعطى بواسطة قانون ستيفان بولتزمان:

أين

هي مساحة سطح الكائن و

هي درجة حرارتها المطلقة.

هل ثابت ستيفان بولتزمان ،

.

الكمية

يسمى الانبعاثية. يأخذ قيمة بين 0 و 1.

يكون أعلى بالنسبة للأجسام الداكنة ذات الأسطح الداكنة ، والتي تنبعث منها وتمتص الإشعاع جيدًا. تمتص الأسطح اللامعة إشعاعًا وتنبعث منه أقل بكثير ولديها انبعاث أقرب إلى الصفر. السطح المثالي الذي يكون ممتصًا مثاليًا وباعثًا للإشعاع له انبعاث 1 ويسمى a الجسم الأسود.

نظرًا لأن الجسم ينبعث إشعاعًا إلى محيطه ، فإنه يمتص أيضًا الإشعاع من البيئة المحيطة. إذا كانت درجة حرارة البيئة المحيطة

، هو المعدل الصافي الذي يشع به الجسم الحرارة

لو

هناك صافي إشعاع حراري من الجسم إلى المناطق المحيطة به.

تصدر الأجسام بعض الأطوال الموجية للإشعاع أكثر من غيرها. عادة ، كلما زاد حرارة الجسم ، انخفض الطول الموجي المنبعث أكثر. على سبيل المثال ، يجب أن يكون للنجوم الأكثر سخونة لونًا أكثر زرقة (طول موجي أصغر) مقارنةً بالنجوم الأكثر برودة والأكثر احمرارًا (الطول الموجي الأكبر). لجسم أسود مثالي بدرجة حرارة مطلقة

, قانون فيينا يعطي الطول الموجي

والتي هي الأكثر انبعاثًا:

في درجة حرارة الغرفة ، يكون الطول الموجي الأساسي الذي تشعه الأجسام في نطاق الأشعة تحت الحمراء. يوضح الرسم البياني أدناه كثافة الطاقة لطول موجي معين يشع من جسم أسود عند درجات حرارة مختلفة.

الإشعاع - قانون فيينا

تستفيد أجهزة قياس الحرارة من الإشعاع الحراري المنبعث من الجسم لفحص الأمراض وتستخدم الكاميرات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء "للرؤية" في الظلام. يستخدم الإشعاع من النجوم البعيدة أيضًا لقياس المسافة بين الأرض والنجوم.

الفرق بين الحمل الحراري والإشعاع - مخطط حراري لمنزل موفر للطاقة في المقدمة ، يشع طاقة حرارية أقل بكثير مقارنة بالمنزل التقليدي الذي يشع طاقة أكبر بكثير (الخلفية)

ما هو الفرق بين الحمل والإشعاع

أصل

الحمل يحدث نتيجة للتمدد الحراري للمادة.

إشعاع هو نتيجة حركة الشحنات في المواد بسبب الطاقة الحركية للجزيئات.

آلية

الحمل يتضمن نقل كتلة من مادة ، عادة ما تكون سائل.

إشعاع يتضمن موجة كهرومغناطيسية. المادة نفسها لا تتحرك.

واسطة

الحمل يتطلب وسيط.

إشعاع لا يتطلب وسيطًا ، ويمكنه نقل الحرارة من خلال الفراغ.

اعتماد درجات الحرارة

الحمل ينتج عنه معدل تدفق حراري يتناسب تقريبًا طرديًا مع اختلاف درجة الحرارة.

إشعاع ينتج عنه معدل تدفق حراري يعتمد على الفرق بين القوى الرابعة لدرجات حرارة الجسم والمناطق المحيطة.

مراجع

ليو وآخرون (2007). الحمل الحراري على نطاق صغير في الوشاح العلوي تحت جبال تيان شان الصينية. فيزياء الأرض والداخلية الكوكبية (163) ، 179-190

الصورة مجاملة

"المركز: خلايا الحمل الحراري في وعاء ، أعلى: خرج الحرارة ، أسفل: مدخلات الحرارة" بواسطة Eyrian (عمل خاص) [CC BY-SA 3.0] ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

"يوضح كيف تتشكل ارتفاعات المحيطات ، وانحدار الغلاف الصخري عند الخنادق ؛ جيد لفهم الصفائح التكتونية ". بواسطة Surachit (عمل خاص) [CC BY-SA 3.0] ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

"قانون Wien للإشعاع / Prawo Wiena" بواسطة 4C (عمل خاص ، استنادًا إلى إصدار JPG) [CC BY-SA 3.0] ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

"مخطط حراري لمبنى Passivhaus ، مع مبنى تقليدي في الخلفية." بواسطة Passivhaus Institut (تم النسخ إلى العموم من http://en.wikipedia.org. المصدر الأصلي Passivhaus Institut ، ألمانيا - http://www.passiv.de) [CC BY-SA 3.0] ، عبر ويكيميديا ​​كومنز