Vad är kopplingen mellan strålning, konvektion och ledning?
Strålning, konvektion och ledning är tre olika sätt på vilka värme kan överföras. Konvektion och ledning kräver material för att överföra värme. Strålning överför värme genom rymden i form av energi som vågor. Även om dessa tre metoder för värmeöverföring involverar olika principer kan de alla förstås baserat på fysik av värme eller termisk energi.
Materiet består av partiklar som samverkar med varandra för att överföra värmeenergi. När ett material med högre temperatur kommer i kontakt med ett material med lägre temperatur, flödar värme från det varmare till det kallare materialet. Denna process fortsätter tills de två materialen har samma temperatur och har nått ett tillstånd av termisk jämvikt.
Vid ledning kommer ett varmare materialstycke i kontakt med ett kallare materialstycke, och värme flödar från det varmare till det kallare området. Värmen leds eftersom snabbt rörliga partiklar av det varmare ämnet överför energi till de kallare, långsammare rörelserna i det kallare materialet. Förmågan hos ett material att leda värme beror på dess molekylstruktur och konsistens. Till exempel är metaller bättre värmeledare än trä, och fasta partiklar är bättre ledare för värme än vätskor.
Konvektion överför värme baserat på en annan princip om partikelrörelse. När partiklar har en stor mängd värmeenergi, får denna energi dem att röra sig snabbare och sprida ut, vilket gör materialet mindre tätt. Partiklar i ett kallare område har mindre energi och rör sig långsamt, vilket leder till större täthet. I vätskor och gaser resulterar denna princip i att kallare områden av materialet sjunker till botten, medan varmare regioner stiger till toppen.
En ström bildas genom cirkulation av vätska eller gas i detta mönster. Detta kallas konvektionsström. I atmosfären sjunker till exempel kall luft medan varm luft stiger och ger cirkulation.
Den tredje metoden för värmeöverföring, strålning kräver ingen roll och beror inte på partiklarnas interaktion. Ett exempel är solstrålning. Värme från solen når jorden trots att den reser genom rymdvakuumet. När det gäller strålning finns termisk energi i form av vågor. Det är en typ av elektromagnetisk strålning, som synligt ljus.
Atomer absorberar strålningsenergin genom sina elektroner, som använder energin för att flytta till en högre nivå i atomen. Denna energi kan släppas ut igen när elektronen faller till sin ursprungliga nivå. Temperaturen på ett objekt i närvaro av strålning beror på hur mycket energi det tar upp jämfört med hur mycket det släpper ut, så ett objekt som tar upp mer energi än det släpper kommer att stiga i temperaturen.