ความแตกต่างระหว่างการนำ

เมื่อพลังงานความร้อนถูกถ่ายโอนจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งผ่านการกระจายความร้อน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการถ่ายเทความร้อน

สามารถทำได้สามวิธี - การนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสี

การนำและการพาความร้อนกับการแผ่รังสี

ดิ ความแตกต่างระหว่างการนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสี เป็นวิธีการถ่ายเทความร้อนจากโซนที่มีพลังงานจลน์สูงไปยังโซนพลังงานจลน์ที่ต่ำกว่า ในการนำสิ่งนี้เกิดขึ้นจากการสัมผัสทางกายภาพโดยตรงระหว่างวัตถุสองชิ้น การพาความร้อนเกิดขึ้นเมื่อความร้อนถูกถ่ายเทผ่านการเคลื่อนที่ของโมเลกุล การแผ่รังสีไม่ต้องการการสัมผัสทางกายภาพระหว่างวัตถุทั้งสองเหมือนวิธีการอื่นๆ

ตารางเปรียบเทียบระหว่างการนำ การพา และการแผ่รังสี (ในรูปแบบตาราง)

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	การนำ	การพาความร้อน	รังสี
คำนิยาม	กระบวนการถ่ายเทความร้อนระหว่างวัตถุโดยการสัมผัสทางกายภาพโดยตรง	กระบวนการถ่ายเทความร้อนผ่านตัวกลางของไหล เช่น ของเหลวหรือแก๊ส	กระบวนการถ่ายเทความร้อนผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
วิธี	ความร้อนถูกถ่ายเทเนื่องจากการชนกันของโมเลกุลเมื่อของแข็งสัมผัสกัน	ความร้อนถูกถ่ายเทโดยการไหลของของเหลว	ความร้อนจะถูกส่งผ่านรังสีที่ปล่อยออกมาจากร่างกายโดยไม่ต้องใช้ตัวกลาง
สาเหตุ	ความร้อนเดินทางจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ	ความร้อนเดินทางจากบริเวณที่มีความหนาแน่นต่ำไปยังบริเวณที่มีความหนาแน่นสูง	พลังงานที่ปล่อยออกมาจากร่างกายผ่านการเคลื่อนที่แบบหมุนและแบบสั่นสะเทือนของอะตอมและโมเลกุล
ปานกลาง	ของแข็งร้อน	สารแทรกแซงเช่นของเหลว	คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า.

การนำคืออะไร?

กระบวนการถ่ายเทความร้อนผ่านการสัมผัสโดยตรงระหว่างวัตถุสองชิ้นเรียกว่าการนำ

เมื่อโมเลกุลของวัตถุหนึ่งดูดซับพลังงานความร้อน พวกมันจะเริ่มเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว และขณะทำเช่นนั้น พวกมันจะสัมผัสกับวัตถุใกล้เคียงและเกิดการถ่ายเทพลังงาน

ต้องคำนึงถึงปัจจัยบางประการเพื่อให้การนำไฟฟ้าเกิดขึ้น

อย่างแรกคือการไล่ระดับอุณหภูมิซึ่งเป็นคำอธิบายของทิศทางที่ความร้อนไหลและอัตราการถ่ายเท กระบวนการนำจากแหล่งที่ร้อนไปยังแหล่งที่เย็น (หรือแหล่งที่ขาดพลังงานความร้อน) จะดำเนินต่อไปจนกว่าวัตถุทั้งสองจะเข้าสู่สภาวะสมดุลทางความร้อน

ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งคือขนาดของวัตถุที่เกี่ยวข้อง วัตถุขนาดใหญ่ต้องการความร้อนมากขึ้นเพื่อให้อุ่นขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็สูญเสียความร้อนเร็วขึ้น เนื่องจากยิ่งมีพื้นที่ผิวมากเท่าไร ก็ยิ่งสัมผัสกับอากาศเปิดมากขึ้นเท่านั้น ต้องคำนึงถึงคุณสมบัติทางกายภาพของวัตถุด้วย

หากคุณใช้ช้อนไม้ขณะทำอาหาร คุณจะสังเกตได้ว่าช้อนไม่ร้อน เนื่องจากไม้เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี

อย่างไรก็ตาม หากคุณใช้ช้อนโลหะ ความร้อนจะถูกถ่ายเทเร็วมากเพราะโลหะนั้นเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี ตัวนำที่ไม่ดีจะเรียกว่าฉนวน ป้องกันพลังงานไหลออกจากแหล่งกำเนิด

ตัวอย่างเช่น หมีขั้วโลกสามารถอยู่รอดได้ในภูมิภาคอาร์กติก เนื่องจากขนของพวกมันทำหน้าที่เป็นฉนวนที่ดักจับความร้อนภายในร่างกาย

การพาความร้อนคืออะไร?

เมื่อการเคลื่อนที่ของมวลของของไหลเนื่องจากของไหลที่ให้ความร้อนเคลื่อนออกจากแหล่งความร้อนเกิดขึ้น มันจะนำพลังงานไปด้วย นี่เป็นรูปแบบการถ่ายเทความร้อนเช่นกันและเรียกว่าการพาความร้อน

กระบวนการนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนลดความหนาแน่นของของเหลว เช่น อากาศและน้ำ การสูญเสียความหนาแน่นทำให้ของเหลวเพิ่มขึ้นจึงสร้างกระแสการพาความร้อนที่สามารถถ่ายเทพลังงานได้

เมื่อชั้นที่ร้อนของของไหลเพิ่มขึ้น ชั้นที่เย็นกว่าซึ่งยังคงรักษาความหนาแน่นของพวกมันจะเคลื่อนลงมาที่แหล่งความร้อนจนกว่าพวกมันจะร้อนขึ้นและเริ่มสูงขึ้น

การพาความร้อนมีสองประเภท - เกิดขึ้นเองและบังคับ ในอดีต การพาความร้อนเกิดขึ้นตามธรรมชาติเนื่องจากการลอยตัว ความแตกต่างของอุณหภูมิทำให้เกิดความแตกต่างในความหนาแน่น

ตัวอย่างเช่น เมื่อความร้อนจากดวงอาทิตย์ทำให้โลกร้อนขึ้น ทะเลดูดซับพลังงานส่วนใหญ่แต่ต้องใช้เวลามากขึ้นกว่าจะอุ่นขึ้นเมื่อเทียบกับพื้นดิน

ดังนั้นอากาศเหนือพื้นดินจึงสูญเสียความหนาแน่นเร็วขึ้น นำไปสู่การสร้างพื้นที่ความกดอากาศต่ำเหนือพื้นที่ชายฝั่งทะเล แต่บริเวณเหนือทะเลมีความกดอากาศสูง ทำให้อากาศเคลื่อนจากบริเวณความกดอากาศสูงไปยังบริเวณความกดอากาศต่ำ เช่น จากทะเลสู่พื้นดิน

นี่คือเหตุผลที่โดยทั่วไปแล้วลมทะเลจะแรงกว่า การพาความร้อนแบบบังคับเกิดจากการใช้แหล่งภายนอก เช่น พัดลมหรือน้ำพุร้อน มันเกี่ยวข้องกับกฎของนิวตันในการทำให้สมการเย็นลงดังต่อไปนี้:

P = dQ/dt = hA(T-T₀)

โดยที่ P = dQ/dt คืออัตราการถ่ายเทความร้อน h คือค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อน A คือพื้นที่ผิวของวัสดุที่เปิดเผย

T หมายถึงอุณหภูมิของวัตถุในของเหลวและ T₀ หมายถึง อุณหภูมิของของไหลที่ผ่านกระบวนการพาความร้อน

รังสีคืออะไร?

ต่างจากการนำและการพาความร้อนซึ่งทั้งคู่ต้องการการสัมผัสทางกายภาพที่แท้จริงระหว่างวัตถุสองชิ้น การแผ่รังสีคือการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นแม้ว่าร่างกายจะไม่ได้สัมผัสกันหรือถูกแยกออกจากกันในอวกาศ

ทุกสิ่งในจักรวาลประกอบด้วยอะตอมซึ่งรวมกันเป็นโมเลกุล การหมุนและการสั่นของอะตอมและโมเลกุลทำให้มั่นใจได้ว่าสารทั้งหมดจะปล่อยพลังงานออกมาอย่างต่อเนื่องผ่านการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

อิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงในระดับอะตอมสูงจะลงมายังระดับที่มีพลังงานต่ำกว่า พลังงานใดก็ตามที่สูญเสียไปตามทางจะถูกปล่อยออกมาเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

เมื่ออะตอมดูดกลืนพลังงาน อิเล็กตรอนของมันก็จะปีนขึ้นไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น ดังนั้นเมื่ออัตราการดูดซึมพลังงานสมดุลกับอัตราที่ปล่อยออกมา อุณหภูมิของสารจะไม่เปลี่ยนแปลง

ถ้าอันแรกมากกว่าอันหลัง อุณหภูมิก็จะสูงขึ้น และถ้าต่ำกว่านั้น อุณหภูมิก็จะลดลงด้วย

ตัวอย่างทั่วไปของการถ่ายเทความร้อนผ่านรังสีคือดวงอาทิตย์ มันไม่ได้สัมผัสกับดาวเคราะห์ดวงอื่นใดและไม่มีตัวกลางทางกายภาพสำหรับการถ่ายเทความร้อน

แต่เราสัมผัสได้ถึงความอบอุ่นของมันเพราะรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา ซึ่งทำให้รังสีของมันไปถึงโลกได้

ความแตกต่างหลักระหว่างการนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสี

บทสรุป

การนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสีเป็นแนวคิดที่สำคัญในการศึกษาอุณหพลศาสตร์

พูดง่ายๆ ก็คือ ความร้อนที่เคลื่อนจากวัตถุร้อนหรือบริเวณที่ร้อนไปยังวัตถุเย็นในบริเวณนั้นคือการนำความร้อน

ความร้อนถูกถ่ายเทผ่านการเคลื่อนที่ของกระแสของไหลคือการพาความร้อนและความร้อนที่ถ่ายเทผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยไม่มีตัวกลางใด ๆ คือการแผ่รังสี

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0142727X94000144
2. https://asmedigitalcollection.asme.org/heattransfer/article-abstract/85/4/318/414710