對流(convection)和傳導(conduction)的區別
主要區別——對流與傳導
對流和傳導都是傳熱機制。對流和傳導的主要區別在於，在對流中，熱量透過物質的質量流傳遞，而在傳導中，熱量透過組成物質的粒子碰撞傳遞。
什麼是傳導(conduction)？
組成物質的粒子總是在運動。當溫度升高時，粒子具有較大的動能，因此它們以較大的振幅振動。在傳導過程中，振動的粒子撞擊相鄰的粒子，將能量傳遞給該粒子。這個粒子現在以更大的振幅振動，它可以與另一個相鄰的原子碰撞，給它能量。這種能量傳遞過程可以從物體的一端持續到另一端。由於粒子動能的增加在物理上表現為溫度的增加，因此粒子動能沿物體的逐漸增加伴隨著溫度沿物體的逐漸增加。這種由於粒子碰撞而傳遞熱量的過程稱為傳導。
The ability of a material to transfer heat via conduction is characterised by its conductivity. The rate of heat transfer, or the heat current, between two objects having a temperature difference of is given by
where and are the cross-sectional area and the length of the conductor transferring heat respectively. The letter is the thermal conductivity, measured in units of W m-1 K-1.
從方程中可以看出，傳熱速率與溫差和導體截面積成正比，與導體長度成反比。導熱繫數的大小取決於材料的微觀性質。金屬是良好的熱導體，因為它們含有大量的自由電子，可以自由碰撞來傳遞能量。同時，形成晶格的離子圍繞固定位置振動，也碰撞和傳遞熱量。然而，自由電子負責金屬中的大部分熱傳遞。
什麼是對流(convection)？
對流是透過物質的質量流在物質中進行傳熱的機制。在這裡，為了傳遞熱量，材料本身的一部分會移動，也就是說，材料內部有質量的傳遞。通常，對流發生在流體中。然而，對流效應有時可以在固體中看到，如板塊構造的情況。下圖顯示了從一杯咖啡中冒出的蒸汽形成的對流漩渦模式：
Convection currents starting to form in steam rising from a cup of hot liquid
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. The unit for convective heat transfer coefficient is W m-2 K-1.
註意，透過對流傳熱的流體也透過傳導傳熱。如果傳導非常有效，就可以阻止對流的形成，阻礙對流換熱。透過計算一個稱為Rayleigh數的數值，可以發現流體的主要傳熱機制是傳導還是對流。
下圖說明瞭三種型別的傳熱機制中的每一種都佔主導地位的情況。
Difference between the three main heat transfer mechani**s illustrated: the difference between convection and radiation was covered in another article.
對流(convection)和傳導(conduction)的區別
機制
在振動粒子碰撞過程中，傳導透過動能的傳遞來傳遞熱量。
對流透過移動構成物質的粒子來傳遞熱量。
材料
傳導通常是固體傳熱的主要機制。
對流是流體傳熱的主要機制。
Image Courtesy
“Convection” by Rebecca Siegel (Own work) [CC BY 2.0], via flickr
“ไทย: http://www.roasterproject.com/2010/01/heat-transfer-the-basics/“由Kmecfiunit（自己的作品）[CC by-SA 3.0]，透過Wikimedia Comm***
- 發表於 2021-06-27 04:09
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