Jaki jest związek między promieniowaniem, konwekcją i przewodzeniem?

Promieniowanie, konwekcja i przewodzenie to trzy różne sposoby przenoszenia ciepła. Konwekcja i przewodzenie wymagają materii do przenoszenia ciepła. Promieniowanie przenosi ciepło w przestrzeni w postaci energii, w postaci fal. Chociaż te trzy metody wymiany ciepła obejmują różne zasady, wszystkie można zrozumieć na podstawie fizyki ciepła lub energii cieplnej.

Materia składa się z cząstek, które oddziałują ze sobą, przenosząc energię cieplną. Gdy materiał o wyższej temperaturze zetknie się z materiałem o niższej temperaturze, ciepło przepływa z cieplejszego do zimniejszego materiału. Proces ten będzie kontynuowany, dopóki oba materiały nie osiągną tej samej temperatury i nie osiągną stanu równowagi termicznej.

Podczas przewodzenia, cieplejsza materia styka się z zimniejszym kawałkiem materii, a ciepło przepływa z cieplejszego do zimniejszego regionu. Ciepło jest przewodzone, ponieważ szybko poruszające się cząstki cieplejszej materii przenoszą energię do zimniejszych, wolniej poruszających się cząsteczek zimniejszej materii. Zdolność materiału do przewodzenia ciepła zależy od jego struktury molekularnej i konsystencji. Na przykład metale są lepszymi przewodnikami ciepła niż drewno, a ciała stałe są lepszymi przewodnikami ciepła niż ciecze.

Konwekcja przenosi ciepło w oparciu o inną zasadę ruchu cząstek. Kiedy cząstki posiadają dużą ilość energii cieplnej, energia ta powoduje, że poruszają się one szybciej i rozprzestrzeniają, dzięki czemu materiał jest mniej gęsty. Cząsteczki w zimniejszym regionie mają mniej energii i poruszają się powoli, co prowadzi do większej gęstości. W płynach i gazach zasada ta powoduje, że zimniejsze obszary materiału opadają na dno, podczas gdy cieplejsze obszary wznoszą się na górę.

Prąd powstaje w wyniku krążenia płynu lub gazu w tym układzie. Nazywa się to prądem konwekcyjnym. Na przykład w atmosferze zimne powietrze tonie, a ciepłe powietrze unosi się, powodując cyrkulację.

Trzecia metoda przenoszenia ciepła, promieniowanie, nie ma znaczenia i nie zależy od interakcji cząstek. Przykładem jest promieniowanie słoneczne. Ciepło słoneczne dociera do ziemi, pomimo podróżowania przez próżnię kosmiczną. W przypadku promieniowania energia cieplna występuje w postaci fal. Jest to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, podobnie jak światło widzialne.

Atomy absorbują energię promieniowania przez swoje elektrony, które wykorzystują energię do przemieszczania się na wyższy poziom w atomie. Energia ta może zostać ponownie wyemitowana, gdy elektron spadnie do pierwotnego poziomu. Temperatura przedmiotu w obecności promieniowania zależy od tego, ile energii pochłania, a ile emituje, więc obiekt, który pochłania więcej energii niż emituje, wzrośnie.