Hvad er forbindelsen mellem stråling, konvektion og ledning?
Stråling, konvektion og ledning er tre forskellige måder, hvorpå varme kan overføres. Konvektion og ledning kræver materie for at overføre varme. Stråling overfører varme gennem rummet i form af energi som bølger. Selvom disse tre metoder til varmeoverførsel involverer forskellige principper, kan de alle forstås baseret på fysik i varme eller termisk energi.
Materiale består af partikler, der interagerer med hinanden for at overføre termisk energi. Når et materiale med en højere temperatur kommer i kontakt med et materiale med lavere temperatur, strømmer varme fra det varmere til det koldere materiale. Denne proces fortsætter, indtil de to materialer har den samme temperatur og har nået en tilstand af termisk ligevægt.
Ved ledning kommer et varmere stykke stof i kontakt med et koldere stykke stof, og varmen strømmer fra det varmere til det koldere område. Varmen ledes, fordi hurtigt bevægende partikler i det varmere stof overfører energi til det koldere, langsommere bevægende molekyle i det koldere stof. Materialets evne til at lede varme afhænger af dets molekylstruktur og konsistens. For eksempel er metaller bedre ledere af varme end træ, og faste stoffer er bedre ledere af varme end væsker.
Konvektion overfører varme baseret på et andet princip om partikelbevægelse. Når partikler har en stor mængde termisk energi, får denne energi dem til at bevæge sig hurtigere og sprede sig, hvilket gør materialet mindre tæt. Partikler i et koldere område har mindre energi og bevæger sig langsomt, hvilket fører til større densitet. I væsker og gasser resulterer dette princip i, at koldere områder af materialet synker ned til bunden, mens varmere regioner stiger til toppen.
En strøm dannes ved cirkulation af væske eller gas i dette mønster. Dette kaldes en konvektionsstrøm. I atmosfæren synker for eksempel kold luft, mens varm luft stiger, hvilket producerer cirkulation.
Den tredje metode til varmeoverførsel, stråling kræver ingen sag og er ikke afhængig af interaktionen mellem partikler. Et eksempel er solstråling. Varme fra solen når jorden til trods for at rejse gennem rumvakuumet. I tilfælde af stråling findes der termisk energi i form af bølger. Det er en type elektromagnetisk stråling, som synligt lys.
Atomer absorberer strålingsenergien gennem deres elektroner, der bruger energien til at bevæge sig til et højere niveau i atomet. Denne energi kan udsendes igen, når elektronet falder til sit oprindelige niveau. Temperaturen af et objekt i nærvær af stråling afhænger af, hvor meget energi det absorberer i forhold til hvor meget det udsender, så et objekt, der optager mere energi, end det udsender, stiger i temperaturen.