Vezetés, konvekció és sugárzás: 3 típusú hőátadás

A vezetés, a konvekció és a sugárzás a hőátadás három formája. A hő az egyik testből vagy rendszerből a másikba átjutó energia.

A hőátadás csak akkor történik, ha két dolog között hőmérséklet-különbség van.

Vezetéskor a hőátadás akkor következik be, amikor az egyik test vagy tárgy érintkezik a másikkal.

A konvekciót viszont különböző hőmérsékletű gázok vagy folyadékok mozgása hozza létre.

A sugárzás a maga részéről hőátadás anélkül, hogy a testek érintkeznének. Ezért ez az energia elektromágneses hullámokon keresztül történő kibocsátásával történik.

Ezt szemléltető példa egy forró vizes edény lehet: a tűz felmelegíti az edényt (sugárzás), az edény fémje felmelegíti a vizet (vezetés), és a forró víz a hő hatására felemelkedik (konvekció).

Vezetés	Konvekció	Sugárzás
Meghatározás	A hőátadás formája érintkezés útján.	A hőátadás formája az anyag mozgásával.	Hőátadás formája elektromágneses hullámok által.
Transzfer iránya	Magastól alacsony hőmérsékletig
Gépezet	Az atomok mozgása a testen belül	A gázok és folyadékok mozgása hőmérséklet-különbség alapján	Elektromágneses hullámok terjedése az űrben
Példák	Alumínium edény nyele égő égőn	Háztartási fűtési rendszerek	A nap melege

Mi a hővezetés?

A vezetés a hőátadás egyik formája, amely akkor következik be, amikor két test érintkezik, vagy amikor a hő ugyanazon test egyik oldaláról a másikra halad. Például, ha egy vasrúd egyik végét felmelegítjük, a másik vége egy idő után felmelegszik, annak ellenére, hogy nincs közvetlen kapcsolatban a hőforrással.

A vezetéssel történő hőátadás mechanizmusa az atomok mozgásán alapul. A hőmérséklet emelkedésével az atomok gyorsabban mozognak, és a szomszédos atomokat is lökik, átadva nekik a hőt.

Az anyagok hővezetési képessége hővezető képesség. Például a levegő alacsony vezetőképességű, akárcsak a fa.

Másrészt a fémeknek, például az alumíniumnak és a vasnak magas a hővezető képessége. Ezek az anyagok nagyon hatékonyan vezetik a hőt, mivel szabad elektronokkal rendelkeznek, amelyek gyorsabban adják át az energiát a forró területekről a test hideg területeire.

Példák a hővezetésre

• Öntöttvas serpenyő égő égőn: az égő hője felmelegíti az edényt, amely a hőt a serpenyő többi részébe és annak tartalmába vezeti.
• Olvasztott jég a kezében: ha jeget teszünk a kézbe, a testhő vezetése miatt megolvad.
• Forró lábak a homokban: egy forró napon a tengerparton, ha mezítláb járjuk át a forró homokot, egy idő után azt érezzük, hogy megégett minket a lábunkon lévő homok hővezetése.
• A forró csésze kávé: ha forró kávét (vagy más forró italt) öntünk egy csészébe, idővel a kezünkben érezzük a meleget. Ezért van a csészéknek fogantyúja, hogy meg tudjuk ragadni anélkül, hogy megégetnénk magunkat.
• Ruhákat vasalni: A ruházat ráncainak eltávolítására használt vas felmelegszik és hőt vezet, ha ruhával érintkezik.
• A hőmérő: Ezt a műszert azért használják a hőmérséklet mérésére, mert hővel veszi át vagy továbbítja a tárgy vagy anyag vezetésével a hővel való érintkezést.
• Fém kanál ellen fakanállal: egy fakanál rosszul vezeti a hőt, míg a fém kanál gyorsan felmelegszik. Ezért keverhetjük az ételt a fakanállal, de amikor a levest megesszük, egy fém kanalat használunk.

Mi a hőkonvekció?

A konvekció a hőátadás olyan formája, amelyet a folyadékok és gázok forró területekről hideg területekre történő mozgása hoz létre. Ha egy folyadékot melegítenek, kevésbé sűrűvé válik, emiatt megemelkedik.

A konvekciós folyamatnak köszönhető, hogy felhők keletkeznek: a víz felszínén a vízgőz és a forró levegő felemelkedik, majd felhőként kondenzálódik a magasban. Ez a fajta konvekció természetes vagy szabad, külső erők beavatkozása nélkül.

Másrészt kényszerű konvekció lép fel, amikor a folyadék mozgatására erő alkalmazható. Ez akkor történik, amikor ventilátorokat használunk a meleg levegő mozgatásához a helyiségben, vagy amikor egy edény tartalmát az égő fölé helyezzük.

Példák a hőkonvekcióra

• Háztartási fűtési rendszerek: a fűtési rendszerrel érintkező levegő felmelegszik, majd felemelkedik és kiszorítja a hideg levegőt, huzatot okozva.
• A Föld belső hője: A Föld magja forró és folyékony, ezért olyan konvekciós áramok keletkeznek, amelyek földrengéseket és vulkánkitöréseket okoznak.
• A folyadék a tároló tartályokban- A napkollektoros csövekben a folyadék felmelegszik és kevésbé sűrűvé válik, a hőt a hűtőfolyadékokba irányítja.
• Konvekciós sütő: a sütő belsejében lévő forró levegő egy ventilátornak köszönhetően kering, ami egyenletesebbé teszi az étel sütését.
• Forró víz egy edényben: Amikor vizet teszünk egy égő kályha edényébe, az alján lévő meleg víz felemelkedik, és a hideg víz mozgását kényszeríti a felszínről.
• Hajszárító: hideg levegő jut be a szárítóba, ellenálláson átmelegítve meleg levegőt fúj a fúvókán keresztül.
• óceáni áramlatok: az óceánok vizeit konvekcióval állandó mozgásban tartják, a trópusok meleg vize a pólusok felé mozog.
• Hőlégballonok vagy hőlégballonok: a levegő felmelegítésével kevésbé sűrűvé válik, beszorul a léggömb szövetébe, és lebeg. Emiatt a lenyomáshoz egy ablak nyílik, amely lehetővé teszi a forró levegő elszökését.

Mi a hősugárzás?

A sugárzás hőátadás tárgyak közötti érintkezés nélkül. Ez elektromágneses hullámokon keresztül történik, mint például a látható fény, az ultraibolya és az infravörös, amelyek az űrben haladnak. A hősugárzás bekövetkezéséhez nincs szükség anyag jelenlétére.

A testek sugárzással bocsátanak ki hőt, de a hőmérséklet-különbségtől függően el is veszik a hőt. Valójában a legjobban felszívódó testek is jó kibocsátók. Például egy fekete felület jobban elnyeli a sugárzást, de emittál többet is, mint egy fehér felület.

Így az emisszió a test hőmérsékletétől függ, minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a hőemisszió.

A termosz működése a hősugárzás belsejében történő koncentrálásán alapul. A termosz kettős üvegfalával van felszerelve, levegő nincs közöttük, hogy elkerülje a hőveszteséget vezetéssel vagy konvekcióval. Az ezüst belső fal visszaveri a sugárzást anélkül, hogy elnyelné, így az ital hosszabb ideig forró marad.

Példák a hősugárzásra

• A nap melege: a Föld sugárzással kap hőt a Naptól.
• Forró homok a tengerparton: egy nyári napon a napsugárzás felmelegíti a homokot.
• Máglya parázsai: amikor máglyához vagy kandallóhoz közeledünk, az égő parázs sugárzó hőt ad le.
• Napkemence: a napsugarak a levegőt hevítő felületet érik el.
• Infravörös hőmérő: méri egy test sugárzását az infravörös tartományban, és azt hőmérsékletként ábrázolja.
• Hőkamerák: hőkamerák rögzítik a sugárzás által kibocsátott testek hőjét.
• Szolárium: a szoláriumok az ultraibolya sugarak kibocsátásán alapulnak, amelyek elősegítik a bőr barnulását. Használatát korlátozza a bőrkárosodásra való hajlam.

Ön is érdekelheti a következőket:

• Különbség a hő és a hőmérséklet között.
• Energiatípusok