Geleiding versus convectie | Wat is geleiding? Wat is convectie?
Geleiding en convectie zijn twee verschijnselen die we tegenkomen in warmte en thermodynamica. Deze twee concepten zijn erg belangrijk als het gaat om het begrijpen van warmteoverdracht. Straling vormt samen met geleiding en convectie de drie vormen van warmteoverdracht. Velden als thermodynamica, warmtemotoren, kunstmatige weersystemen, meteorologie en zelfs onze fysiologie zijn afhankelijk van de principes van geleiding en convectie. Het is essentieel om een goed begrip te hebben van geleiding en convectie samen met straling om een goed begrip van deze velden te hebben. In dit artikel gaan we bespreken wat geleiding en convectie zijn, de reden voor geleiding en convectie, hun overeenkomsten, wat zijn de dagelijkse incidenten die we kunnen waarnemen als gevolg van geleiding en convectie, hun overeenkomsten en tenslotte hun verschillen.
Wat is geleiding?
Geleiding wordt gedefinieerd als de overdracht van thermische energie tussen gebieden van materie als gevolg van een temperatuurgradiënt. Geleiding kan in elk materiaal plaatsvinden, maar wat de praktijk betreft, wordt geleiding alleen toegepast op vaste stoffen. Wanneer vaste stoffen worden verwarmd, trillen atomen en moleculen in de vaste stof als gevolg van de kinetische energie die wordt ontvangen door verwarming, de botsingen van deze vibrerende atomen met de naburige atomen zorgen ervoor dat de naburige atomen trillen, vandaar dat de trillingen worden overgebracht naar het andere uiteinde van de solide. De atomen aan het oppervlak van de vaste stof geven de energie van de trilling vrij aan de open ruimte. Voor een uniforme staaf in een stabiele toestand met geïsoleerde zijkanten en alleen de twee uiteinden worden blootgesteld, is de snelheid van de warmtestroom recht evenredig met het oppervlak van de warmteabsorptie en temperatuurgradiënt. De stabiele toestand is wanneer er een thermisch evenwicht is tussen alle punten, wat betekent dat de temperatuur van een punt niet in de tijd varieert. Gassen en vloeistoffen vertonen ook geleiding, maar dit is in de vorm van directe molecuulbotsingen. Ze trillen niet als vaste stoffen.
Wat is convectie?
Convectie is de terminologie die wordt gebruikt voor bulkbewegingen van vloeistoffen. In dit artikel wordt convectie echter opgevat in de vorm van warmteconvectie. In tegenstelling tot geleiding kan convectie niet plaatsvinden in vaste stoffen. Convectie is het proces waarbij energie wordt overgedragen door middel van directe overdracht van materie. Bij vloeistoffen en gassen wordt bij verhitting van onderaf de onderste laag van de vloeistof verwarmd. De verwarmde luchtlaag zet dan uit en is minder dicht dan de koele lucht; de hete luchtlaag stijgt in de vorm van convectiestroom. Dan ervaart de volgende vloeistoflaag hetzelfde fenomeen. Ondertussen is de eerste hete luchtlaag nu afgekoeld, en zal deze naar beneden komen. Dit effect creëert een geleidingslus, waarbij de warmte die van de onderste lagen naar de bovenste lagen wordt afgevoerd continu wordt afgegeven. Dit is een heel belangrijk patroon in weersystemen. In dit mechanisme wordt de warmte van het aardoppervlak afgegeven aan de bovenste atmosfeer.
Wat is het verschil tussen geleiding en convectie?
• Geleiding vindt plaats in alle media, terwijl convectie niet mogelijk is in vaste stoffen.
• Bij convectie gaat het om materie in bulk, terwijl bij geleiding materie trilt rond een vast punt.
• In een gesloten systeem is warmteverlies door convectie niet mogelijk, maar warmteverlies door geleiding wel.
