主な違い–対流と輻射

対流 と 放射線 どちらも熱伝達のメカニズムです。それらは、熱エネルギーをある場所から別の場所に輸送することを可能にします。 NS 主な違い 対流と放射の間はそれです 対流は、材料の質量流量を伴う熱伝達のメカニズムです。. 一方、輻射は電磁エネルギーを使用した熱の伝達です。その結果、輻射は真空を介して熱を伝達する可能性があります。

対流とは

対流は、材料のマスフローを介した材料の熱伝達のメカニズムです。熱を伝導するために、材料自体の一部が移動します。つまり、材料内で物質が移動します。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。対流には主に2つのタイプがあります。 ナチュラル と 強制.

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。

対流熱伝達係数として知られています。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。

自然対流

の 自然対流、材料の流れは密度の違いによって引き起こされます。たとえば、やかんの水がストーブで温められているとしましょう。やかんの底で水が熱くなると、水は膨張します。これは、水分子がさらに離れて配置されていることを意味します。これにより、底部の水の密度が低下します。これで、やかんの下部の水は、やかんの上部の水に比べて密度が低くなります。密度の違いにより、下からの暖かい水は上に上がり、上からの冷たい水は下に沈みます。このプロセスは、上部と下部が両方とも同じ温度になるまで繰り返されます。

上昇する高温の流体は、低温の流体が沈んでいるのと同じ線に沿って上昇することはできません。したがって、次のサイクルのために上昇/沈む前に、流体は水平に移動する必要があります。これは設定します 対流セル 下の図に示すように、流体中。

対流セル

自然対流は気流の原因であり、海流に関係する主要な要因の1つでもあります。

対流もプレートテクトニクスの重要な要素です。地球のマントルの内側の部分は外側の部分よりも高温であるため、対流セルがマントル内に設置されます。マントルはしっかりしていて、マントル内の物質の動きは非常に遅く、年間約20mmです。

マントルの対流

強制対流

強制対流 ファンやポンプなどの外部メカニズムを使用して材料の動きを移動すると発生します。ファンヒーターは強制対流の良い例です。人体では、心臓は体の周りの熱の強制対流に関与するポンプとしても機能します。

放射線とは

放射線 電磁放射による熱伝達について説明します。運動エネルギーにより、物体を構成する分子は常に動いています。これにより、これらの分子の電荷が移動し、電磁波が発生します。

物体が輻射によって熱を放出する速度は、次の式で与えられます。 シュテファン・ボルツマンの法則:

どこ

オブジェクトの表面積であり、

はその絶対温度です。

それは シュテファン・ボルツマン定数、

.

数量

と呼ばれる 放射率。 0から1までの値を取ります。

放射をよく放出および吸収する、表面が暗い暗いオブジェクトの場合は高くなります。光沢のある表面は、吸収および放出する放射線がはるかに少なく、放射率は0に近くなります。完全な吸収体であり、放射のエミッターでもある理想的な表面の放射率は1であり、 黒体.

物体は周囲に放射線を放出しているので、周囲からの放射線も吸収しています。周囲の温度が

、物体が熱を放射する正味の速度は、次の式で与えられます。

もしも

体から周囲への正味の熱放射があります。

オブジェクトは、他の波長よりもいくつかの波長の放射を放出します。通常、体が高温になるほど、最も放出される波長は短くなります。たとえば、高温の星は、低温で赤色の星（波長が長い）と比較して、色が青色（波長が短い）である必要があります。絶対温度での理想的な黒体の場合

, ウィーンの法則 波長を与える

最も放出されるもの：

室温では、物体から放射される一次波長は赤外線の範囲です。下のグラフは、いくつかの異なる温度で黒体から放射される特定の波長のエネルギー密度を示しています。

放射線–ウィーンの法則

サーモグラムは、身体から放出される熱放射を利用して病気をスクリーニングし、赤外線カメラは暗闇の中で「見る」ために使用されます。遠方の星からの放射は、地球と星の間の距離を測定するためにも使用されます。

対流と放射の違い–前景にあるエネルギー効率の高い家のサーモグラム。従来の家に比べてはるかに少ない熱エネルギーを放射します（背景）

対流と放射の違いは何ですか

元

対流 物質の熱膨張の結果として起こります。

放射線 分子の運動エネルギーによる材料の電荷の動きの結果です。

機構

対流 材料、通常は流体の質量の移動を伴います。

放射線 電磁波を伴います。物質自体は動かない。

中くらい

対流 媒体が必要です。

放射線 媒体を必要とせず、真空を介して熱を伝達することができます。

温度依存性

対流 その結果、温度差にほぼ正比例する熱流量が得られます。

放射線 その結果、物体と周囲の温度の4乗の差に依存する熱流量が発生します。

参考文献

Liu et al。、（2007）。中国の天山山脈の下の上部マントルにおける小規模な対流。地球と惑星内部の物理学（163）、179-190

画像提供

ウィキメディア・コモンズ経由のEyrian（自作）[CC BY-SA 3.0]による「中央：容器内の対流セル、上：熱出力、下：熱入力」

「海嶺がどのように形成され、リソスフェアが海溝に沈み込むかを示しています。プレートテクトニクスを理解するのに適しています。」 Surachit（自作）[CC BY-SA 3.0]、ウィキメディアコモンズ経由

4Cによる「ウィーンの放射線の法則/ Prawo Wiena」（自作、JPGバージョンに基づく）[CC BY-SA 3.0]、ウィキメディアコモンズ経由

「伝統的な建物を背景にしたパッシブハウスの建物のサーモグラム。」 Passivhaus Institut（http://en.wikipedia.orgからCommonsにコピー。元のソースPassivhaus Institut、ドイツ– http://www.passiv.de）[CC BY-SA 3.0]、ウィキメディアコモンズ経由