Konvektsioon vs kiirgus
Konvektsioon ja kiirgus on kaks protsessi, mida kuumuse valdkonnas arutatakse. Konvektsioon on soojuse ülekandmise meetod liikuvate osakeste abil. Kiirgus ei vaja energia ülekandmiseks osakesi ega keskkonda. Mõlemad protsessid on paljudes valdkondades väga olulised. Neid mõisteid kasutatakse laialdaselt soojus- ja termodünaamikas, atmosfääriteaduses, ilmastikuanalüüsis, kliimaanalüüsis, vedelikumehaanikas ja isegi meditsiiniteadustes. Nende mõistete õige mõistmine on ülioluline, et silma paista sellistes valdkondades, kus neid mõisteid kasutatakse palju. Selles artiklis arutame, mis on konvektsioon ja kiirgus, nende määratlused, konvektsiooni ja kiirguse rakendused, nende sarnasused ja lõpuks konvektsiooni ja kiirguse erinevus.
Mis on kiirgus?
Elektromagnetkiirgus või üldtuntud kui kiirgus või EM-kiirgus on soojusülekande meetod. Elektromagnetilise kiirguse pakkus esmakordselt välja James Clerk Maxwell. Seda kinnitas hiljem ka Heinrich Hertz, kes produtseeris eduk alt esimese EM-laine. Maxwell tuletas elektri- ja magnetlainete lainekuju ning ennustas eduk alt nende lainete kiirust. Kuna see lainekiirus oli võrdne valguse kiiruse eksperimentaalse väärtusega, tegi Maxwell ka ettepaneku, et valgus on tegelikult EM-lainete vorm. Elektromagnetlainetel on nii elektriväli kui ka magnetväli, mis võnguvad üksteisega risti ja laine levimise suunaga. Kõikidel elektromagnetlainetel on vaakumis sama kiirus. Elektromagnetlaine sagedus määrab sellesse salvestatud energia. Hiljem näidati kvantmehaanika abil, et need lained on tegelikult lainete paketid. Selle paketi energia sõltub laine sagedusest. See avas lainevälja – aineosakeste duaalsus. Nüüd on näha, et elektromagnetkiirgust võib käsitleda kui laineid ja osakesi. Objekt, mis on asetatud absoluutsest nullist kõrgemale temperatuurile, kiirgab iga lainepikkusega EM-laineid. Energia, mille maksimaalne arv footoneid kiirgab, sõltub keha temperatuurist.
Mis on konvektsioon?
Konvektsioon on terminoloogia, mida kasutatakse vedelike massilise liikumise kohta. Kuid selles artiklis peetakse konvektsiooni soojuskonvektsiooniks. Erinev alt juhtivusest ei saa konvektsioon toimuda tahketes ainetes. Konvektsioon on energia ülekandmine otsese aineülekande kaudu. Vedelikes ja gaasides kuumutatakse altpoolt kuumutamisel kõigepe alt vedeliku alumine kiht. Seejärel paisub kuumutatud õhukiht; olles vähem tihe kui jahe õhk, tõuseb kuuma õhu kiht konvektsioonivooluna. Seejärel kogeb järgmine vedelikukiht samu nähtusi. Vahepeal on esimene kuuma õhu kiht nüüd maha jahtunud ja see tuleb alla. See efekt loob juhtivussilmuse, vabastades pidev alt alumistest kihtidest võetud soojust ülemistesse kihtidesse. See on ilmastikusüsteemides väga oluline muster. Maa pinn alt saadav soojus vabaneb selle mehhanismi abil atmosfääri ülemisse kihti.
Mis vahe on konvektsioonil ja kiirgusel?
• Konvektsiooni toimumiseks peab kuumutatud keha ümber olema liikuvate osakestega keskkond. Kiirgus ei vaja keskkonda.
• Kiirgusest tulenev soojusülekanne on kiirem kui konvektsioonist tulenev soojusülekanne.
• Konvektsioon viib soojuse alati gravitatsioonist eemale, samas kui kiirgust kiirgub igas suunas.
