对流(convection)和辐射(radiation)的区别

对流和辐射都是传热机制。它们允许热能从一个地方传输到另一个地方。对流和辐射的主要区别在于对流是一种传热机制,涉及到物质的质量流动。另一方面,辐射是利用电磁能进行的热传递。因此,辐射能通过真空传递热量。...

主要区别——对流与辐射

对流和辐射都是传热机制。它们允许热能从一个地方传输到另一个地方。对流和辐射的主要区别在于对流是一种传热机制,涉及到物质的质量流动。另一方面,辐射是利用电磁能进行的热传递。因此,辐射能通过真空传递热量。

什么是对流(convection)?

对流是物质通过物质的质量流进行传热的机制。为了传导热量,材料本身的一部分会移动,也就是说,材料内部有质量的传递。通常,对流发生在流体中。然而,对流效应有时可以在固体中看到,如板块构造的情况。对流主要有两种类型:自然对流和强迫对流。

Convection is a complex process and there is no simple equation that fully describes it. However, we can make use of an approximation for cases where a fluid is heated using a solid surface. For these cases, the heat transfer rate  is given by,

where  is the surface area that heat is transferred through,  is the temperature of the solid,  is the temperature of air.  is known as the convective heat transfer coefficient. This coefficient depends on a number of properties including the density, viscosity, and the flow rate of the fluid.

自然对流

在自然对流中,物质的流动是由密度的差异引起的。例如,让我们考虑一壶水在炉子上加热。当水壶底部的水加热时,它就会膨胀。这意味着水分子现在被放置得更远,这导致底部的水密度降低。现在,水壶底部的水比水壶顶部的水密度小。由于密度的差异,底部较暖的水上升到顶部,而顶部较冷的水下沉到底部。这个过程不断重复,直到顶部和底部温度相同。

上升的热流体不能沿着冷流体下沉的同一条线上升。因此,在下一个循环上升/下降之前,流体需要水平移动。这将在流体中建立对流单元,如下图所示。

Difference Between Convection and Radiation - Convection Cells

Convection Cells

自然对流是造成洋流的主要原因,也是洋流的主要因素之一。

对流也是板块构造的一个重要因素。地幔的内部比外部更热,这就导致了地幔中建立了对流细胞。地幔是固体的,地幔内部物质的运动相当缓慢,大约每年20毫米。

Difference Between Convection and Radiation - Convection in the Mantle

Convection in the Earth’s Mantle

 

强制对流

当使用外部机制(如使用风扇或泵)移动材料时,会发生强制对流。风扇加热器是强制对流的一个很好的例子。在人体内,心脏也起着泵的作用,负责身体周围的强制对流热。

什么是辐射(radiation)?

辐射通过电磁辐射来描述热的传递。由于动能,组成物体的分子总是在运动。这会导致这些分子中的电荷移动,从而产生电磁波。

物体通过辐射放出热量的速率由Stefan-Boltzmann定律给出:

where is the surface area of the object and  is its absolute temperature.  is the Stefan-Boltzmann c***tant, .

The quantity  is called emissivity. It takes a value between 0 and 1.  is higher for darker objects with darker surfaces, which emit and absorb radiation well. Shiny surfaces absorb and emit much less radiation and they have emissivities closer to 0. An ideal surface that is both a perfect absorber and an emitter of radiation has an emissivity of 1 and is called a blackbody.

As the object is emitting radiation to surroundings, it is also absorbing radiation from surroundings. If the surroundings are at a temperature of , the net rate at which a body radiates heat is given by

If there is a net heat radiation is from the body to the surroundings.

Objects emit some wavelengths of radiation more than others. Typically, the hotter the body, the lower the wavelength that is emitted the most. For instance, hotter stars should have a bluer colour (**aller wavelength) compared to colder, redder ones (larger wavelength). For an ideal blackbody at an absolute temperature , Wien’s law gives the wavelength  which is emitted the most:

在室温下,物体辐射的主波长在红外线范围内。下图显示了黑体在几种不同温度下辐射的给定波长的能量密度。

Difference Between Convection and Radiation - Wien's Law

Radiation – Wien’s Law

热像图利用人体发出的热辐射来筛查疾病,红外线相机用于在黑暗中“看”。来自遥远恒星的辐射也被用来测量地球和恒星之间的距离。

Difference Between Convection and Radiation - Thermogram of an Energy-efficient house in the foreground, radiating much less thermal energy compared to a traditional house radiating much more energy (background)

Difference Between Convection and Radiation – Thermogram of an Energy-efficient house in the foreground, radiating much less thermal energy compared to a traditional house radiating much more energy (background)

 

对流(convection)和辐射(radiation)的区别

起源

对流是物质热膨胀的结果。

辐射是由于分子动能引起的物质中电荷运动的结果。

机制

对流涉及物质的质量传递,通常是流体。

辐射涉及电磁波。物质本身不运动。

中等的

对流需要介质。

辐射不需要介质,可以通过真空传递热量。

温度依赖性

对流导致热流量与温差近似成正比。

辐射产生的热流率取决于物体和周围环境温度的四次方之差。

 

References
Liu et al., (2007). Small-scale convection in the upper mantle beneath the Chinese Tian Shan Mountains. Physics of the Earth and Planetary Interiors(163), 179-190
Image Courtesy
“center: convection cells in a vessel, top: heat output, bottom: heat input” by Eyrian (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Comm***
“Shows how ocean ridges are formed, lithosphere subducted at trenches; good for understanding plate tectonics.” by Surachit (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Comm***
“Wien’s law of radiation / Prawo Wiena” by 4C (Own work, based on JPG version) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Comm***
“Thermogram of a Passivhaus building, with traditional building in background.” by Passivhaus Institut (Copied to Comm*** from http://en.*********.org. Original source Passivhaus Institut, Germany – http://www.passiv.de)  [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Comm***

  • 发表于 2021-06-27 03:28
  • 阅读 ( 95 )
  • 分类:科学

你可能感兴趣的文章

自然的(natural)和强迫对流(forced convection)的区别

...流和强迫对流的表格形式 5. 摘要 什么是自然对流(natural convection)? 自然对流是一种传热方法,自然手段影响流体的运动。外部事实没有影响。分子在流体中的运动是由于同一流体不同区域密度的差异所致。流体的密度在加热时...

  • 发布于 2020-10-22 17:20
  • 阅读 ( 936 )

烤箱(oven)和对流烘箱(convection oven)的区别

烘箱与对流烘箱 烤箱是一个房间或一个封闭的隔间,为加热,烘烤或干燥物质而隔热。烤箱通常用于烹饪,但也有一些特殊用途的烤箱。其中一个是锻造用的炉子,另一个是制陶用的窑炉。 最早使用烤箱是在公元前29000年的中...

  • 发布于 2021-06-23 21:32
  • 阅读 ( 455 )

对流烘箱(convection oven)和烤箱(toaster oven)的区别

几个世纪以来,烤箱一直为许多男女的烹饪热情服务。它们的形式不同,传统上被用于烘烤、加热、干燥和其他各种用途。目前,在当今市场上,烤箱以各种形式出现,它已经开始了一场争论,它的用户们已经开始了一场争...

  • 发布于 2021-06-24 16:53
  • 阅读 ( 841 )

传导(conduction)和对流(convection)的区别

...匀板传导的热量Q可根据以下公式计算:   什么是对流(convection)? 对流是通过热粒子循环或移动到较冷的空间进行的热传递。这是另一个直观的概念,因为我们知道热空气或水上升。在圆周上,较冷的粒子与较热的粒子发生移...

  • 发布于 2021-06-25 05:29
  • 阅读 ( 451 )

对流(convection)和烤架(grill)的区别

...法使用一个或多个加热器直接加热食物。 什么是对流(convection)? 对流传输发生在炉的外壁和环境之间,以及内壁和工件和内部大气之间。 在辐射传热不太明显的较低温度下,它的重要性更大。在500度的温度下°C、 辐射传热系...

  • 发布于 2021-06-25 09:28
  • 阅读 ( 1018 )

空气煎锅(air fryer)和对流烘箱(convection oven)的区别

...热3至5分钟,而烤箱需要20至30分钟   什么是对流烤箱(a convection oven)? 对流烤箱是一种全尺寸的油炸锅,看起来更像传统的烤箱,但其功能仅限于油炸、烘焙、烘烤等。但是对流烤箱的工作速度比传统烤箱快。烤箱里的风扇使...

  • 发布于 2021-06-26 09:02
  • 阅读 ( 850 )

对流(convection)和传导(conduction)的区别

...而,自由电子负责金属中的大部分热传递。 什么是对流(convection)? 对流是通过物质的质量流在物质中进行传热的机制。在这里,为了传递热量,材料本身的一部分会移动,也就是说,材料内部有质量的传递。通常,对流发生在...

  • 发布于 2021-06-27 04:09
  • 阅读 ( 219 )

对流烘箱(convection oven)和烤箱(grill oven)的区别

...3。对流烤箱和烤箱的区别——主要区别的比较 关键术语 Convection Oven, Grill Oven 什么是对流烤箱(a convection oven)? 对流烤箱是一种有风扇和排气系统的烤箱。我们也叫它风扇烤箱或风扇辅助烤箱。普通烤箱没有这些部件。对流烤箱...

  • 发布于 2021-07-02 19:21
  • 阅读 ( 3055 )

传统的(a conventional)和对流烤箱(a convection oven)的区别

...周知的褐变能力。 常规烘箱(conventional oven) vs. 对流烘箱(convection oven) 那么传统烤箱和对流烤箱有什么区别呢?传统烤箱是当今高科技家用烹饪电器的先驱,特别是对流烤箱和其他类型的烤箱。传统烤箱最显著的特点是底部装有...

  • 发布于 2021-07-03 01:11
  • 阅读 ( 1055 )

烤箱(a toaster oven)和对流烘箱(convection oven)的区别

...对流烤箱既靠煤气又靠电。 烤箱(toaster oven) vs. 对流烘箱(convection oven) 那么烤面包机烤箱和对流烤箱有什么区别呢?这两种烹饪器具的主要区别在于尺寸。对流烤箱比烤面包机烤箱大,因此成本相当高。这也意味着它可以容纳比...

  • 发布于 2021-07-03 01:16
  • 阅读 ( 415 )
ogtp5067
ogtp5067

0 篇文章

相关推荐