Leitung gegen Konvektion | Was ist Leitung? Was ist Konvektion?
Leitung und Konvektion sind zwei Phänomene, die in der Wärme- und Thermodynamik auftreten. Diese beiden Konzepte sind sehr wichtig für das Verständnis der Wärmeübertragung. Strahlung bildet zusammen mit Leitung und Konvektion die drei Formen der Wärmeübertragung. Bereiche wie Thermodynamik, Wärmekraftmaschinen, künstliche Wettersysteme, Meteorologie und sogar unsere Physiologie hängen von den Prinzipien der Leitung und Konvektion ab. Es ist wichtig, ein gutes Verständnis für Leitung und Konvektion zusammen mit Strahlung zu haben, um ein gutes Verständnis dieser Bereiche zu haben. In diesem Artikel werden wir diskutieren, was Leitung und Konvektion sind, der Grund für Leitung und Konvektion, ihre Ähnlichkeiten, welche täglichen Vorfälle wir aufgrund von Leitung und Konvektion beobachten können, ihre Ähnlichkeiten und schließlich ihre Unterschiede.
Was ist Leitung?
Leitung ist definiert als die Übertragung von Wärmeenergie zwischen Bereichen der Materie aufgrund eines Temperaturgradienten. Die Leitung kann in jedem Material erfolgen, aber in der Praxis wird die Leitung nur auf Feststoffe angewendet. Wenn Feststoffe erhitzt werden, schwingen Atome und Moleküle im Festkörper aufgrund der beim Erhitzen empfangenen kinetischen Energie. Die Kollisionen dieser schwingenden Atome mit den benachbarten Atomen bewirken, dass die benachbarten Atome schwingen. Daher werden die Schwingungen auf das andere Ende des Festkörpers übertragen solide. Die Atome an der Oberfläche des Festkörpers geben die Energie von der Schwingung an den offenen Raum ab. Bei einem gleichmäßigen Stab im stationären Zustand mit isolierten Seiten und nur freiliegenden beiden Enden ist die Wärmestromrate direkt proportional zur Fläche der Wärmeabsorption und des Temperaturgradienten. Der stationäre Zustand liegt vor, wenn zwischen allen Punkten ein thermisches Gleichgewicht besteht, was bedeutet, dass die Temperatur eines Punktes nicht mit der Zeit variiert. Gase und Flüssigkeiten zeigen ebenfalls eine Leitung, dies erfolgt jedoch in Form von direkten Molekülkollisionen. Sie vibrieren nicht wie Feststoffe.
Was ist Konvektion?
Konvektion ist die Terminologie für Massenbewegungen von Flüssigkeiten. In diesem Artikel wird Konvektion jedoch in Form von Wärmekonvektion angenommen. Im Gegensatz zur Leitung kann die Konvektion nicht in Festkörpern stattfinden. Konvektion ist der Prozess der Energieübertragung durch direkten Materietransfer. In Flüssigkeiten und Gasen wird beim Erhitzen von unten die untere Schicht der Flüssigkeit erwärmt. Die erwärmte Luftschicht dehnt sich dann aus und ist weniger dicht als die kühle Luft; Die Heißluftschicht steigt in Form eines Konvektionsstroms an. Dann erfährt die nächste Flüssigkeitsschicht das gleiche Phänomen. In der Zwischenzeit wird die erste Heißluftschicht abgekühlt und fällt ab. Dieser Effekt erzeugt eine Leitungsschleife, die die von den unteren Schichten an die oberen Schichten abgegebene Wärme kontinuierlich abgibt. Dies ist ein sehr wichtiges Muster in Wettersystemen. Bei diesem Mechanismus wird die Wärme von der Erdoberfläche an die obere Atmosphäre abgegeben.
Was ist der Unterschied zwischen Leitung und Konvektion?
• Die Leitung erfolgt in allen Medien, während die Konvektion in Festkörpern nicht möglich ist.
• Bei der Konvektion fließt Materie in Massen, während bei der Konvektion Materie um einen festen Punkt vibriert.
• In einem geschlossenen System ist ein Wärmeverlust durch Konvektion nicht möglich, aber ein Wärmeverlust durch Wärmeleitung.
