放射、対流、伝導の関係は何ですか？

放射、対流、および伝導は、熱を伝達する3つの異なる方法です。 対流と伝導には、熱を伝達する物質が必要です。 放射は、波としてエネルギーの形で空間を介して熱を伝達します。 これら3つの熱伝達方法には異なる原理が関係していますが、これらはすべて、熱の物理学、または熱エネルギーに基づいて理解できます。

物質は粒子で構成されており、粒子は互いに相互作用して熱エネルギーを伝達します。 温度の高い材料が温度の低い材料と接触すると、熱はより高温の材料からより低温の材料に流れます。 このプロセスは、2つの材料が同じ温度になり、熱平衡状態に達するまで続きます。

伝導では、より高温の物質がより低温の物質と接触し、熱がより高温の領域からより低温の領域に流れます。 高温の物質の高速で移動する粒子が、低温の物質のより低温でより低速の分子にエネルギーを伝達するため、熱が伝導されます。 材料が熱を伝導する能力は、その分子構造と一貫性に依存します。 たとえば、金属は木材よりも熱伝導性が高く、固体は液体よりも熱伝導性が優れています。

対流は、粒子運動の異なる原理に基づいて熱を伝達します。 粒子が大量の熱エネルギーを保有している場合、このエネルギーにより粒子がより速く移動して広がり、材料の密度が低下します。 寒い地域の粒子はエネルギーが少なく、ゆっくりと移動するため、密度が高くなります。 流体および気体では、この原理により、材料の冷たい領域が底に沈み、熱い領域が上部に上がります。

電流は、このパターンの流体またはガスの循環によって形成されます。 これは対流と呼ばれます。 たとえば、大気では、冷たい空気が沈み、暖かい空気が上昇し、循環が生じます。

熱伝達の3番目の方法である放射は、物質を必要とせず、粒子の相互作用に依存しません。 例は日射です。 太陽からの熱は、宇宙の真空を通過しても地球に到達します。 放射の場合、熱エネルギーは波の形で存在します。 それは、可視光のような電磁放射の一種です。

原子は電子を介して放射線のエネルギーを吸収し、電子はそのエネルギーを使用して原子内のより高いレベルに移動します。 このエネルギーは、電子が元のレベルに落ちると再び放出されます。 放射線の存在下での物体の温度は、吸収するエネルギーと放出する量に依存するため、放出するより多くのエネルギーを吸収する物体は温度が上昇します。