Johtaminen, konvektio ja säteily: 3 erilaista lämmönsiirtoa

Johtavuus, konvektio ja säteily ovat lämmönsiirron kolme muotoa. Lämpö on energiaa, joka kulkee kehosta tai järjestelmästä toiseen.

Lämmönsiirto tapahtuu vain, kun kahden asian välillä on lämpötilaero.

Johtamisessa lämmönsiirto tapahtuu, kun yksi kappale tai esine on kosketuksessa toisen kanssa.

Konvektio puolestaan ​​syntyy kaasujen tai nesteiden liikkumisesta eri lämpötiloissa.

Säteily on puolestaan ​​lämmönsiirtoa ilman, että kappaleet ovat kosketuksissa. Siksi tämä tapahtuu energian säteilyn kautta sähkömagneettisten aaltojen kautta.

Tätä havainnollistava esimerkki olisi kiehuva vesi: tulipalo lämmittää potin (säteily), kattilan metalli lämmittää vettä (johtuminen) ja kuuma vesi nousee lämmön seurauksena (konvektio).

Ajo	Konvektio	Säteily
Määritelmä	Lämmönsiirron muoto kosketuksella.	Lämmönsiirron muoto aineen liikkeellä.	Lämmönsiirron muoto sähkömagneettisten aaltojen avulla.
Siirtosuunta	Korkeasta matalaan lämpötilaan
Mekanismi	Atomien liike kehossa	Kaasujen ja nesteiden liikkuminen lämpötilaeroilla	Sähkömagneettisten aaltojen leviäminen avaruudessa
Esimerkkejä	Alumiinipannun kahva polttavassa polttimessa	Kotitalouksien lämmitysjärjestelmät	Auringon lämpö

Mikä on lämmönjohtavuus?

Johtuminen on eräänlainen lämmönsiirto, joka tapahtuu, kun kaksi elintä on kosketuksessa tai kun lämpö kulkee saman kehon yhdeltä puolelta toiselle. Esimerkiksi, jos kuumennamme rautatangon toista päätä, toinen pää lämpenee jonkin ajan kuluttua, vaikka se ei ole suorassa kosketuksessa lämmönlähteen kanssa.

Johtamisen kautta tapahtuvan lämmönsiirron mekanismi perustuu atomien liikkumiseen. Lämpötilan noustessa atomit liikkuvat nopeammin ja työntävät myös naapuriatomeja siirtäen niihin lämpöä.

Materiaalien kyky johtaa lämpöä tunnetaan lämmönjohtavuutena. Esimerkiksi ilman johtavuus on alhainen kuten puulla.

Toisaalta metallilla, kuten alumiinilla ja raudalla, on korkea lämmönjohtavuus. Nämä materiaalit johtavat erittäin tehokkaasti lämpöä, koska niillä on vapaita elektroneja, jotka siirtävät energiaa nopeammin kuumilta alueilta kehon kylmille alueille.

Esimerkkejä lämmönjohtavuudesta

• Valurautainen paistinpoltin: polttimen lämpö lämmittää pannun, joka johtaa lämmön muuhun astiaan ja sen sisältöön.
• Sulanut jää kädessä: jos laitamme käteen jäätä, se sulaa kehon lämmön johtumisen vuoksi.
• Kuumat jalat hiekassa: Jos käymme kuumana päivänä rannalla paljain jaloin kuuman hiekan läpi, jonkin ajan kuluttua tunnemme, että meidät polttavat hiekan lämmön johtuminen jalkoihimme.
• Kuuma kuppi kahvia: kaatamalla kuumaa kahvia (tai muuta kuumaa juomaa) kuppiin, ajan myötä tunnemme lämmön käsissämme. Siksi kuppeissa on kahva, jotta voimme tarttua siihen polttamatta itseämme.
• Silittää vaatteita: Rypyt, joita käytetään ryppyjen poistamiseen vaatteista, lämpenee ja johtaa lämpöä joutuessaan kosketuksiin vaatteiden kanssa.
• Lämpömittari: Tätä instrumenttia käytetään lämpötilan mittaamiseen, koska se vastaanottaa tai siirtää lämpöä johtamalla esinettä tai ainetta, jonka kanssa se on kosketuksessa.
• Metallinen lusikka puulusikkaa vastaan: puulusikka johtaa huonosti lämpöä, kun metallilusikka lämpenee nopeasti. Siksi voimme sekoittaa ruokaa puulusikalla, mutta kun syömme keittoa, käytämme metallilusikkaa.

Mikä on lämmön konvektio?

Konvektio on lämmönsiirron muoto, joka syntyy siirtämällä nesteitä ja kaasuja kuumilta alueilta kylmille alueille. Kun neste kuumennetaan, siitä tulee vähemmän tiheä, jolloin se nousee.

Konvektioprosessin ansiosta pilvet muodostuvat: vesihöyry ja kuuma ilma maan pinnalla nousevat ja tiivistyvät sitten pilvinä korkeuksissa. Tämän tyyppinen konvektio on luonnollinen tai vapaa ilman ulkoisten voimien puuttumista.

Toisaalta pakotettu konvektio tapahtuu, kun nesteen siirtämiseen käytetään voimaa. Näin tapahtuu, kun käytämme tuulettimia kuuman ilman siirtämiseen huoneeseen tai kun siirrämme kattilan sisällön lieden päälle.

Esimerkkejä lämmön konvektiosta

• Kotitalouksien lämmitysjärjestelmät: lämmitysjärjestelmän kanssa kosketuksessa oleva ilma lämpenee, nousee ja syrjäyttää kylmän ilman aiheuttaen luonnoksia.
• Maan sisäinen lämpö: Maan ydin on kuuma ja juokseva, minkä vuoksi syntyy konvektiovirtoja, jotka aiheuttavat maanjäristyksiä ja tulivuorenpurkauksia.
• Neste varastosäiliöissä- Aurinkolämmittimen putkissa neste lämpenee ja muuttuu vähemmän tiheäksi siirtäen lämmön jäähdyttimen nesteisiin.
• Kiertoilmauuni: uunin sisällä oleva kuuma ilma kiertää tuulettimen ansiosta, mikä saa ruoan leipomaan tasaisemmin.
• Kiehuvaa vettä potissa: Kun laitamme vettä kattilaan palavalle liedelle, pohjassa oleva kuuma vesi nousee pakottaen kylmän veden liikkumisen pinnalta.
• Hiustenkuivaaja: kylmä ilma pääsee kuivaajaan, sitä lämmitetään läpi vastuksen ja puhaltaa kuumaa ilmaa suuttimen läpi.
• merivirrat: valtamerien vedet pidetään jatkuvasti konvektiolla, trooppisten alueiden lämmin vesi liikkuu napoja kohti.
• Kuumailmapallot tai kuumailmapallot: ilmaa kuumennettaessa se muuttuu vähemmän tiheäksi, se jää loukkuun ilmapallon kankaan sisälle ja saa sen kellumaan. Tästä syystä laskeutuaksesi avautuu ikkuna, joka antaa kuuman ilman paeta.

Mikä on lämpösäteily?

Säteily on lämmön siirtyminen ilman kosketusta esineiden välillä. Tämä tapahtuu sähkömagneettisten aaltojen kautta, kuten näkyvä valo, ultravioletti ja infrapuna, jotka kulkevat avaruudessa. Materiaalin läsnäoloa ei tarvita lämpösäteilyn syntymiseen.

Elimet lähettävät lämpöä säteilyn avulla, mutta ne myös absorboivat lämpöä lämpötilaerosta riippuen. Itse asiassa kehot, jotka imevät parhaiten, ovat myös hyviä päästöjä. Esimerkiksi musta pinta absorboi säteilyä paremmin, mutta se myös lähettää enemmän kuin valkoinen pinta.

Siten päästöt riippuvat kehon lämpötilasta, mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi lämpöemissio.

Termoksen toiminta perustuu lämpösäteilyn keskittämiseen sisälle. Termospullo on rakennettu kaksinkertaiseen lasiseinään ilman ilmaa niiden välillä, jotta vältetään johtuminen tai konvektio aiheuttama lämpöhäviö. Hopea sisäseinä heijastaa säteilyä absorboimatta sitä, joten juoma pysyy kuumana pidempään.

Esimerkkejä lämpösäteilystä

• Auringon lämpö: Maa vastaanottaa lämpöä auringolta säteilyn avulla.
• Kuuma hiekka rannalla: aurinkosäteily lämmittää hiekkaa kesäpäivänä.
• Tulentekojen hiillos: Kun lähestymme kokkoa tai takkaa, palavat hiilet luovuttavat säteilylämpöä.
• Aurinkouuni: auringon säteet osuvat ilmaa lämmittävään pintaan.
• Infrapunalämpömittari: mittaa kehon säteilyä infrapuna-alueella ja edustaa sitä lämpötilana.
• Lämpökamerat: lämpökamerat tallentavat säteilyn lähettämien kappaleiden lämpöä.
• Solarium: solariumit perustuvat ultraviolettisäteihin, jotka edistävät ihon parkittumista. Sen käyttöä rajoittaa alttius ihovaurioille.

Saatat myös olla kiinnostunut tietämään:

• Lämmön ja lämpötilan ero.
• Energiatyypit