主な違い–対流と伝導

対流 と 伝導 どちらも熱伝達のメカニズムです。 NS 主な違い 対流と伝導の間は、in対流では、熱は材料の質量流量を介して伝達されます 一方、伝導中、 熱は粒子の衝突によって伝達されます それが素材を構成しています。

伝導とは

物質を構成する粒子は常に動いています。温度が上昇すると、粒子の運動エネルギーが大きくなり、その結果、粒子はより大きな振幅で振動します。伝導中、振動する粒子が隣接する粒子をノックし、その粒子にエネルギーを与えます。この粒子は現在、より大きな振幅で振動し、別の隣接する原子と衝突してエネルギーを与えることができます。このエネルギー伝達プロセスは、オブジェクトの一方の端からもう一方の端まで継続できます。粒子の運動エネルギーの増加は物理的に温度の上昇として現れるので、物体に沿った粒子の運動エネルギーの漸進的な増加は、物体に沿った温度の漸進的な上昇を伴う。粒子の衝突の結果として熱が伝達されるこのプロセスは、 伝導.

伝導を介して熱を伝達する材料の能力は、その伝導性によって特徴付けられます。熱伝達率、

または、温度差が

によって与えられます

どこ

と

は、それぞれ熱を伝達する導体の断面積と長さです。手紙

それは 熱伝導率、Wmの単位で測定^-1 K^-1.

式からわかるように、熱伝達率は、温度差と導体の断面積に正比例し、導体の長さに反比例します。熱伝導率の値は、材料の微視的特性に依存します。金属は、自由に衝突してエネルギーを伝達できる多数の自由電子を含んでいるため、優れた熱伝導体です。その間、格子を形成するイオンも固定位置を中心に振動し、衝突して熱を伝達します。ただし、自由電子は金属の熱伝達の大部分を担っています。

対流とは

対流は、材料の質量流量を介した材料の熱伝達のメカニズムです。ここでは、熱を伝達するために、材料自体の一部が移動します。つまり、材料内で質量が移動します。通常、対流は流体で発生します。ただし、プレートテクトニクスの場合のように、対流の影響が固体で見られることがあります。次の図は、一杯のコーヒーから上昇する蒸気によって形成される対流の渦巻きパターンを示しています。

熱い液体のカップから上昇する蒸気で対流が形成され始めます

対流は複雑なプロセスであり、それを完全に説明する簡単な方程式はありません。ただし、固体表面を使用して流体を加熱する場合は、近似値を使用できます。これらの場合、熱伝達率

によって与えられます、

どこ

熱が伝達される表面積です。

は固体の温度です、

は空気の温度です。

として知られています 対流熱伝達係数。この係数は、流体の密度、粘度、流量など、いくつかの特性に依存します。対流熱伝達係数の単位はWmです。^-2 K^-1.

対流を介して熱を伝達する流体は、伝導を介して熱も伝達していることに注意してください。伝導が非常に効果的である場合、対流の形成を防ぎ、対流熱伝達を妨げる可能性があります。支配的な熱伝達メカニズムが流体の伝導であるか対流であるかは、 レイリー数.

次の図は、3つのタイプの熱伝達メカニズムのそれぞれが支配的である場合を示しています。

示されている3つの主要な熱伝達メカニズムの違い：対流と放射の違いについては、別の記事で説明しました。

対流と伝導の違い

機構

伝導 振動する粒子間の衝突中に運動エネルギーの伝達を介して熱を伝達します。

対流 材料を構成する粒子を動かすことによって熱を伝達します。

材料

伝導 通常、固体の熱伝達の主要なメカニズムです。

対流 通常、流体の熱伝達の主要なメカニズムです。

画像提供

Rebecca Siegelによる「対流」（自作）[CC BY 2.0]、flickr経由

「ไทย：http：//www.roasterproject.com/2010/01/heat-transfer-the-basics/」Kmecfiunit（自作）[CC BY-SA 3.0]、ウィキメディアコモンズ経由