Hva er forbindelsen mellom stråling, konveksjon og ledning?
Stråling, konveksjon og ledning er tre forskjellige måter varme kan overføres på. Konveksjon og ledning krever materie for å overføre varme. Stråling overfører varme gjennom rommet i form av energi, som bølger. Selv om disse tre metodene for varmeoverføring involverer forskjellige prinsipper, kan de alle forstås basert på fysikken til varme, eller termisk energi.
Materiet består av partikler som samvirker med hverandre for å overføre termisk energi. Når et materiale med høyere temperatur kommer i kontakt med et materiale med lavere temperatur, strømmer varmen fra det varmere til det kaldere materialet. Denne prosessen vil fortsette til de to materialene har samme temperatur og har nådd en tilstand av termisk likevekt.
Ved ledning kommer et varmere stykke materiale i kontakt med et kaldere stykke materiale, og varmen strømmer fra det varmere til det kaldere området. Varmen ledes fordi raskt bevegelige partikler av det varmere stoffet overfører energi til de kaldere, saktere bevegelige molekylene i det kaldere stoffet. Materialets evne til å lede varme avhenger av molekylstrukturen og konsistensen. For eksempel er metaller bedre ledere av varme enn tre, og faste stoffer er bedre ledere av varme enn væsker.
Konveksjon overfører varme basert på et annet prinsipp for partikkelbevegelse. Når partikler har en stor mengde termisk energi, får denne energien dem til å bevege seg raskere og spre seg, noe som gjør materialet mindre tett. Partikler i et kaldere område har mindre energi og beveger seg sakte, noe som fører til større tetthet. I væsker og gasser resulterer dette prinsippet i at kaldere regioner av materialet synker til bunnen, mens varmere regioner stiger til toppen.
En strøm dannes ved sirkulasjon av væske eller gass i dette mønsteret. Dette kalles en konveksjonsstrøm. I atmosfæren synker for eksempel kald luft mens varm luft stiger og gir sirkulasjon.
Den tredje metoden for varmeoverføring, stråling, krever ingen sak og er ikke avhengig av interaksjonen mellom partikler. Et eksempel er solstråling. Varme fra solen når jorden til tross for at hun har reist gjennom verdensrommet. Ved stråling eksisterer termisk energi i form av bølger. Det er en type elektromagnetisk stråling, som synlig lys.
Atomer absorberer strålingsenergien gjennom elektronene sine, som bruker energien til å bevege seg til et høyere nivå i atomet. Denne energien kan sendes ut igjen når elektronet faller til sitt opprinnelige nivå. Temperaturen til en gjenstand i nærvær av stråling avhenger av hvor mye energi den tar opp i forhold til hvor mye den slipper ut, så en gjenstand som tar opp mer energi enn den slipper ut vil øke i temperaturen.