Das physikalische Phänomen, dass Wärmeenergie durch Energiedissipation zwischen zwei Systemen ausgetauscht wird, wird als Wärmeübertragung bezeichnet. Die Hauptaspekte des Wärmeaustauschs sind Temperatur und Wärmefluss. Die Temperatur bestimmt die Menge der zugeführten Wärmeenergie, und der Wärmefluss bezeichnet die Übertragung der Wärmeenergie.
Die kinetische Energie von Teilchen steht in direktem Zusammenhang mit der thermischen Energie im kleinsten Maßstab. Mit steigender Temperatur werden die Partikel stärker bewegt, was zu linearen Bewegungen und Vibrationen führt.
Energie wird von Regionen mit höherer kinetischer Energie in Regionen mit niedrigerer kinetischer Energie übertragen. Temperaturunterschiede können in Leitung, Konvektion und Strahlung eingeteilt werden.
Leitung vs. Konvektion vs. Strahlung
Der Hauptunterschied zwischen Leitung, Konvektion und Strahlung besteht darin, dass die Wärmeübertragung durch direkten Kontakt bei der Leitung erfolgt. Im Gegensatz dazu ist bei der Konvektion die Bewegung der Moleküle an der Wärmeübertragung beteiligt. Andererseits ist Strahlung der Prozess der Wärmeableitung über elektromagnetische Wellen.
Bei der direkten molekularen Kollision wird Wärme durch Wärmeleitung übertragen. Wärmeenergie wird von einem Bereich mit erhöhter kinetischer Energie auf einen Bereich mit unzureichender kinetischer Energie übertragen. Teilchen mit einer höheren Geschwindigkeit treffen mit Molekülen mit einer langsameren Geschwindigkeit in Kontakt. Dadurch steigt die kinetische Energie der sich langsamer bewegenden Teilchen.
Wenn ein Medium wie Luft oder Flüssigkeit Wärme ausgesetzt wird und sich von der Quelle entfernt, wird die Wärmeenergie mitgenommen. Als Konvektion bezeichnet man diese Form der Wärmeübertragung. Eine heiße Oberfläche führt dazu, dass sich die darüber liegende Flüssigkeit ausdehnt, weniger dicht wird und ansteigt.
Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen erzeugt Wärmestrahlung. Die Energie wird durch diese Wellen vom erzeugenden Objekt weggetragen. Strahlung kann im Vakuum oder über jede klare Substanz erfolgen. Die Strahlung ist eine direkte Folge von sich zufällig bewegenden Atomen oder Molekülen.
Vergleichstabelle zwischen Leitung, Konvektion und Strahlung
| Vergleichsparameter | Konduktion: | Konvektion | Strahlung |
| Definition | Die Wärmeleitung ist ein physikalischer Prozess, bei dem die Wärme durch die Verbindung zwischen den beiden Oberflächen übertragen wird. | Die Konvektion ist der Vorgang bei der Wärmeenergieübertragung in den Flüssigkeiten. | Der Strahlungsprozess überträgt Wärmeenergie in elektromagnetischen Wellen, ohne zwei Oberflächen zu berühren. |
| Auftreten | Es entsteht in Festkörpern durch die Kollision von Atomen oder Molekülen darin. | Es tritt in Flüssigkeiten auf, die Flüssigkeiten und Gase sind. | Sie kann überall auftreten und benötigt kein Medium. |
| Übertragung von Wärme | Für die Wärmeübertragung braucht es feste Stoffe. | Es braucht Flüssigkeit. | Es verwendet elektromagnetische Wellen. |
| Schnelligkeit | Es ist ein langsamer Prozess | Es ist ein langsamer Prozess | Es ist ein schneller Prozess |
Was ist Leitung?
Konduktion ist der Prozess, der aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen benachbarten Materialabschnitten eine Wärmeübertragung zwischen Materialien ermöglicht. Es entsteht, wenn die Temperatur der Materieteilchen steigt und es zu starken Vibrationen kommt.
Die Partikel kommen mit Atomen und Molekülen in Kontakt, versetzen diese in Schwingungen und transportieren Wärmeenergie zu nahegelegenen Teilen des Gegenstands.
Unter Leitung versteht man die Bewegung von Energie vom heißesten zum kältesten Objekt, sobald zwei Oberflächen in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus handelt es sich bei Leitern um Gegenstände, durch die Wärme problemlos hindurchtreten kann.
Was ist Konvektion?
Konvektion ist eine Art der Wärmeübertragung, die nur in Flüssigkeiten stattfindet und durch die echte Bewegung von Materialien verursacht wird. Der Begriff „Flüssigkeit“ bezieht sich auf jedes Medium, in dem sich Moleküle wie Flüssigkeiten und Gase frei von einem Ort zum anderen bewegen können. Es kommt auf natürliche Weise oder vielleicht sogar aufdringlich vor.
Die Schwerkraft spielt eine entscheidende Rolle bei der natürlichen Konvektion, wenn eine Flüssigkeit von unten erhitzt wird, wodurch sich die heißere Komponente ausdehnt.
Das heißere Material gewinnt schnell an Auftrieb, da es weniger schwer ist. Im Vergleich dazu versucht das kältere Material, dies zu ersetzen, indem es aufgrund der erhöhten Dichte zu Boden sinkt; Somit wiederholt sich der Trend. Wenn eine Substanz durch Konvektion erhitzt wird, zerstreuen sich die Moleküle und bewegen sich weg.
Was ist Strahlung?
Strahlung ist ein Wärmeübertragungsprozess, bei dem kein Mediator verwendet wird. Es beinhaltet die Bewegung von Energie in Wellen, die keinen Durchgang von Molekülen erfordern. Für die Transferwärme müssen die Objekte nicht in engem Kontakt miteinander stehen.
Strahlung führt dazu, dass Sie sich warm fühlen, auch wenn Sie das Objekt nicht berühren. Darüber hinaus haben Pigment, Oberflächenorientierung und andere Oberflächenqualitäten einen erheblichen Einfluss auf die Strahlung.
Bei diesem Verfahren wird die Energie über elektromagnetische Wellen, sogenannte Strahlungsenergie, übertragen. Warme Gegenstände in einer kälteren Umgebung geben Wärmeenergie ab. Strahlungsenergie kann von ihrem Ursprung in kältere Umgebungen gelangen.
Die Sonnenstrahlung, die wir trotz ihrer Entfernung von der Sonne erhalten, ist das bemerkenswerteste Beispiel für Strahlung.
Hauptunterschiede zwischen Leitung, Konvektion und Strahlung
- Unter Konduktion versteht man den physikalischen Wärmetransport in Festkörpern, unter Konvektion die Bewegung von Wärme zwischen Flüssigkeiten und unter Strahlung der Wärmeübertragungsprozess über elektromagnetische Wellen.
- Leitung findet in Festkörpern statt, Konvektion findet in Flüssigkeiten und Gasen statt und Strahlung kommt in allen Materiezuständen vor, sogar im Vakuum.
- Die Leitung ist langsamer als die Konvektion, die schneller ist als die Strahlung.
- Leitung und Konvektion folgen nicht den Gesetzen der Brechung und Reflexion, Strahlung hingegen schon.
- Der Temperaturunterschied verursacht eine Wärmeübertragung durch Leitung, während Konvektion durch Dichteunterschiede verursacht wird und Temperaturen über 0 K Strahlung verursachen.
- Die Leitung erfolgt in Festkörpern durch molekulare Kollisionen. Im Gegensatz dazu kommt es in Flüssigkeiten aufgrund der Molekülströmung zu Konvektion, und im Weltraum kommt es auch ohne Wärmetauscher zu Strahlung.
Zusammenfassung
Wärme ist also die Übertragung von Energie von einem System auf ein anderes, die durch einen Temperaturunterschied verursacht wird und auf folgende Weise erfolgen kann: Leitung, Konvektion und Strahlung.
Thermodynamik ist die Wissenschaft, die die Wärmeübertragung und die dadurch auftretenden Umwandlungen untersucht. Der Wärmefluss von einer heißeren zu einer kälteren Region wird als Leitung bezeichnet. Konvektion ist die Wärmeübertragung, die auftritt, wenn sich eine Flüssigkeit auf und ab bewegt. Wenn Wärme durch den leeren Raum fließt, spricht man von Strahlung.
Diese Arten der Wärmeübertragung werden häufig missverstanden, beruhen jedoch auf verschiedenen physikalischen Wechselwirkungen, um Energie zu übertragen.
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