Konvekcija pret radiāciju
Konvekcija un starojums ir divi procesi, kas tiek apspriesti siltuma jomā. Konvekcija ir siltuma pārneses metode, izmantojot kustīgas daļiņas. Radiācijai enerģijas pārnešanai nav vajadzīgas daļiņas vai vide. Abi šie procesi ir ļoti svarīgi daudzās jomās. Šīs koncepcijas tiek plaši izmantotas siltuma un termodinamikā, atmosfēras zinātnē, laikapstākļu analīzē, klimata analīzē, šķidrumu mehānikā un pat medicīnas zinātnēs. Ir ļoti svarīgi pareizi saprast šos jēdzienus, lai gūtu izcilību tādās jomās, kurās šie jēdzieni tiek plaši izmantoti. Šajā rakstā mēs apspriedīsim, kas ir konvekcija un starojums, to definīcijas, konvekcijas un starojuma pielietojumi, to līdzības un visbeidzot atšķirība starp konvekciju un starojumu.
Kas ir radiācija?
Elektromagnētiskais starojums jeb plaši pazīstams kā starojums vai EM starojums ir siltuma pārneses metode. Elektromagnētisko starojumu pirmais ierosināja Džeimss Klerks Maksvels. To vēlāk apstiprināja Heinrihs Hercs, kurš veiksmīgi radīja pirmo EM vilni. Maksvels atvasināja viļņu formu elektriskajiem un magnētiskajiem viļņiem un veiksmīgi prognozēja šo viļņu ātrumu. Tā kā šis viļņa ātrums bija vienāds ar gaismas ātruma eksperimentālo vērtību, Maksvels arī ierosināja, ka gaisma faktiski ir EM viļņu forma. Elektromagnētiskajiem viļņiem ir gan elektriskais lauks, gan magnētiskais lauks, kas svārstās perpendikulāri viens otram un perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam. Visiem elektromagnētiskajiem viļņiem vakuumā ir vienāds ātrums. Elektromagnētiskā viļņa frekvence nosaka tajā uzkrāto enerģiju. Vēlāk, izmantojot kvantu mehāniku, tika parādīts, ka šie viļņi patiesībā ir viļņu paketes. Šīs paketes enerģija ir atkarīga no viļņa frekvences. Tas atvēra viļņu lauku – matērijas daļiņu dualitāti. Tagad redzams, ka elektromagnētisko starojumu var uzskatīt par viļņiem un daļiņām. Objekts, kas novietots jebkurā temperatūrā virs absolūtās nulles, izstaros katra viļņa garuma EM viļņus. Enerģija, ko izstaro maksimālais fotonu skaits, ir atkarīga no ķermeņa temperatūras.
Kas ir konvekcija?
Konvekcija ir terminoloģija, ko lieto lielapjoma šķidrumu kustībām. Tomēr šajā rakstā konvekcija tiek uzskatīta par siltuma konvekcijas formu. Atšķirībā no vadītspējas, konvekcija nevar notikt cietās vielās. Konvekcija ir enerģijas pārnešanas process, izmantojot tiešu vielu pārnesi. Šķidrumos un gāzēs, sildot no apakšas, vispirms tiks uzkarsēts šķidruma apakšējais slānis. Pēc tam sakarsētais gaisa slānis izplešas; būdams mazāk blīvs nekā vēsais gaiss, karstā gaisa slānis paceļas konvekcijas strāvas veidā. Tad nākamais šķidruma slānis piedzīvo tādas pašas parādības. Tikmēr pirmais karstā gaisa slānis tagad ir atdzisis, un tas nolaidīsies. Šis efekts rada vadīšanas cilpu, nepārtraukti atbrīvojot no apakšējiem slāņiem uzņemto siltumu uz augšējiem slāņiem. Tas ir ļoti svarīgs modelis laikapstākļu sistēmās. Šajā mehānismā siltums no zemes virsmas tiek novadīts atmosfēras augšējos slāņos.
Kāda ir atšķirība starp konvekciju un starojumu?
• Lai notiktu konvekcija, ap apsildāmo ķermeni ir jāatrodas videi ar kustīgām daļiņām. Radiācijai nav nepieciešama vide.
• Siltuma pārnese no starojuma ir ātrāka nekā siltuma pārnese no konvekcijas.
• Konvekcija vienmēr aiznes siltumu prom no gravitācijas, savukārt starojums tiek izstarots visos virzienos.
