Sự khác biệt giữa dẫn điện

Khi nhiệt năng được truyền từ hệ này sang hệ khác thông qua sự phân tán nhiệt, hiện tượng đó được gọi là sự truyền nhiệt.

Điều này có thể được thực hiện theo ba cách - dẫn truyền, đối lưu và bức xạ.

Dẫn điện so với đối lưu so với bức xạ

Các sự khác biệt giữa dẫn truyền, đối lưu và bức xạ là về cách thức truyền nhiệt từ vùng có động năng cao hơn sang vùng có động năng thấp hơn. Trong dẫn truyền, điều này xảy ra thông qua tiếp xúc vật lý trực tiếp giữa hai vật thể. Mặt khác, đối lưu xảy ra khi nhiệt được truyền qua chuyển động của các phân tử. Bức xạ không yêu cầu tiếp xúc vật lý giữa hai đối tượng như các phương pháp khác.

Bảng so sánh giữa dẫn điện, đối lưu và bức xạ (ở dạng bảng)

Tham số so sánh	Dẫn điện	Đối lưu	Sự bức xạ
Sự định nghĩa	Quá trình truyền nhiệt giữa các vật thông qua tiếp xúc vật lý trực tiếp.	Quá trình truyền nhiệt qua môi trường lưu chất như chất lỏng hoặc chất khí.	Quá trình truyền nhiệt qua sóng điện từ.
Phương pháp	Nhiệt lượng được truyền do va chạm phân tử khi các chất rắn tiếp xúc với nhau.	Nhiệt được truyền bởi dòng chất lỏng.	Nhiệt được truyền qua bức xạ do các vật thể phát ra mà không cần đến môi chất.
Gây nên	Nhiệt truyền từ vùng có nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ thấp.	Nhiệt truyền từ khu vực có mật độ thấp sang khu vực có mật độ cao.	Năng lượng do các vật phát ra thông qua chuyển động quay và dao động của các nguyên tử và phân tử.
Trung bình	Đun nóng chất rắn.	Chất can thiệp như chất lỏng.	Sóng điện từ.

Dẫn điện là gì?

Quá trình truyền nhiệt qua sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai vật được gọi là quá trình dẫn nhiệt.

Khi các phân tử của một vật hấp thụ nhiệt năng, chúng bắt đầu chuyển động nhanh dần đều và trong khi làm như vậy, chúng tiếp xúc với các vật thể lân cận và xảy ra quá trình truyền năng lượng.

Để dẫn truyền xảy ra, một số yếu tố phải được ghi nhớ.

Đầu tiên là gradient nhiệt độ là sự mô tả hướng mà nhiệt truyền qua và tốc độ truyền. Quá trình dẫn truyền từ nguồn nóng sang nguồn lạnh (hoặc nguồn thiếu nhiệt năng) tiếp tục cho đến khi cả hai vật đều đạt trạng thái cân bằng nhiệt.

Một yếu tố quan trọng khác là kích thước của các đối tượng liên quan. Các vật thể lớn hơn cần nhiều nhiệt hơn để làm ấm nhưng đồng thời, chúng mất nhiệt nhanh hơn. Điều này là do diện tích bề mặt của chúng càng lớn, chúng càng tiếp xúc nhiều với không khí ngoài trời. Các tính chất vật lý của các đối tượng cũng phải được tính đến.

Nếu bạn sử dụng thìa gỗ trong khi nấu ăn, bạn sẽ nhận thấy rằng thìa không bị nóng. Điều này là do gỗ là chất dẫn điện không tốt.

Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng thìa kim loại, nhiệt sẽ được truyền sang nó rất nhanh vì kim loại là chất dẫn điện tốt. Chất dẫn điện kém còn được gọi là chất cách điện. Chúng ngăn cản năng lượng chảy ra khỏi nguồn.

Ví dụ, gấu Bắc Cực có thể sống sót ở các vùng Bắc Cực vì lông của chúng đóng vai trò như một chất cách nhiệt giữ nhiệt bên trong cơ thể.

Đối lưu là gì?

Khi xảy ra chuyển động có khối lượng của chất lỏng do chất lỏng bị nung nóng đi ra khỏi nguồn nhiệt thì nó mang theo năng lượng. Đây cũng là một hình thức truyền nhiệt và nó được gọi là đối lưu.

Quá trình này xảy ra do nhiệt làm giảm mật độ của chất lỏng như không khí và nước. Sự mất tỷ trọng làm cho chất lỏng tăng lên, do đó tạo ra các dòng đối lưu có thể truyền năng lượng.

Khi các lớp được làm nóng của chất lỏng tăng lên, các lớp lạnh hơn vẫn giữ được mật độ của chúng sẽ giảm dần về phía nguồn nhiệt cho đến khi chúng trở nên nóng lên và bắt đầu tăng lên.

Có hai loại đối lưu - tự phát và cưỡng bức. Trước đây, đối lưu xảy ra tự nhiên do lực nổi. Sự khác biệt về nhiệt độ gây ra sự khác biệt về mật độ.

Ví dụ, khi nhiệt từ mặt trời làm trái đất nóng lên, biển hấp thụ hầu hết năng lượng nhưng phải mất nhiều thời gian hơn để trở nên ấm hơn so với đất liền.

Do đó, không khí trên mặt đất mất mật độ nhanh hơn dẫn đến việc tạo ra một vùng áp suất thấp trên các khu vực ven biển. Nhưng khu vực trên biển có áp suất cao hơn và điều này làm cho không khí di chuyển từ khu vực có áp suất cao hơn đến khu vực có áp suất thấp hơn, tức là từ biển vào đất liền.

Đây là lý do tại sao gió gần biển thường mạnh hơn. Đối lưu cưỡng bức được gây ra bằng cách sử dụng nguồn bên ngoài như quạt hoặc mạch nước phun. Nó liên quan đến định luật làm lạnh Newton của phương trình như sau:

P = dQ / dt = hA (T-T₀)

Ở đây P = dQ / dt là tốc độ truyền nhiệt. H là hệ số truyền nhiệt đối lưu. A là diện tích bề mặt của vật liệu được tiếp xúc.

T là nhiệt độ của vật thể trong chất lỏng và T₀ đề cập đến nhiệt độ của chất lỏng được tạo ra để trải qua quá trình đối lưu.

Bức xạ là gì?

Không giống như dẫn truyền và đối lưu đều đòi hỏi sự tiếp xúc vật lý thực tế giữa hai vật thể, bức xạ là sự truyền nhiệt xảy ra ngay cả khi các vật thể không tiếp xúc hoặc bị tách biệt trong không gian.

Mọi thứ trong vũ trụ đều được tạo thành từ các nguyên tử, chúng cùng nhau tạo thành phân tử. Sự quay và rung động của các nguyên tử và phân tử đảm bảo rằng tất cả các chất tiếp tục phát ra năng lượng thông qua bức xạ điện từ.

Các electron có năng lượng cao ở mức nguyên tử cao giảm xuống mức có năng lượng thấp hơn. Bất cứ năng lượng nào bị mất đi trên đường đi đều được phát ra dưới dạng bức xạ điện từ.

Khi năng lượng được hấp thụ bởi một nguyên tử, các electron của nó leo lên các mức năng lượng cao hơn. Do đó khi tốc độ hấp thụ năng lượng cân bằng với tốc độ tỏa ra thì nhiệt độ của chất sẽ không thay đổi.

Nếu cái trước lớn hơn cái sau, nhiệt độ sẽ tăng lên và nếu nó thấp hơn, nhiệt độ cũng sẽ giảm.

Một ví dụ phổ biến về sự truyền nhiệt qua bức xạ là mặt trời. Nó không tiếp xúc với bất kỳ hành tinh nào khác cũng như không có môi trường vật lý để truyền nhiệt.

Tuy nhiên, chúng ta có thể cảm nhận được sự ấm áp của nó vì bức xạ điện từ mà nó phát ra cho phép các tia của nó có thể chạm tới trái đất.

Sự khác biệt chính giữa dẫn điện, đối lưu và bức xạ

Sự kết luận

Dẫn, đối lưu và bức xạ là những khái niệm quan trọng trong nghiên cứu nhiệt động lực học.

Nói một cách đơn giản, nhiệt truyền từ một vật nóng hoặc một khu vực nóng sang một vật lạnh của khu vực đó là sự dẫn truyền.

Nhiệt truyền qua chuyển động của dòng chất lỏng là đối lưu và nhiệt truyền qua sóng điện từ mà không có môi trường nào là bức xạ.

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