Convectie versus straling
Convectie en straling zijn twee processen die worden besproken op het gebied van warmte. Convectie is de methode om warmte over te dragen met behulp van bewegende deeltjes. Straling vereist geen deeltjes of een medium om energie over te dragen. Beide processen zijn op tal van terreinen van groot belang. Deze concepten worden veel gebruikt in warmte en thermodynamica, atmosferische wetenschap, weeranalyse, klimaatanalyse, vloeistofmechanica en zelfs medische wetenschappen. Het is van vitaal belang om een goed begrip van deze concepten te hebben om uit te blinken in dergelijke gebieden, die intensief gebruik maken van deze concepten. In dit artikel gaan we bespreken wat convectie en straling zijn, hun definities, toepassingen van convectie en straling, hun overeenkomsten en tot slot het verschil tussen convectie en straling.
Wat is straling?
Elektromagnetische straling of algemeen bekend als straling of EM-straling is een methode van warmteoverdracht. Elektromagnetische straling werd voor het eerst voorgesteld door James Clerk Maxwell. Dit werd later bevestigd door Heinrich Hertz die met succes de eerste EM-golf produceerde. Maxwell heeft de golfvorm voor elektrische en magnetische golven afgeleid en met succes de snelheid van deze golven voorspeld. Aangezien deze golfsnelheid gelijk was aan de experimentele waarde van de lichtsnelheid, stelde Maxwell ook voor dat licht in feite een vorm van EM-golven was. Elektromagnetische golven hebben zowel een elektrisch veld als een magnetisch veld dat loodrecht op elkaar en loodrecht op de voortplantingsrichting van de golven oscilleert. Alle elektromagnetische golven hebben dezelfde snelheid in vacuüm. De frequentie van de elektromagnetische golf bepa alt de energie die erin wordt opgeslagen. Later werd met behulp van kwantummechanica aangetoond dat deze golven in feite pakketjes golven zijn. De energie van dit pakket hangt af van de frequentie van de golf. Dit opende het veld van golf-deeltjes dualiteit van materie. Nu is te zien dat elektromagnetische straling kan worden beschouwd als golven en deeltjes. Een object dat in een temperatuur boven het absolute nulpunt wordt geplaatst, zendt EM-golven van elke golflengte uit. De energie, die het maximale aantal fotonen uitzendt, hangt af van de temperatuur van het lichaam.
Wat is convectie?
Convectie is de terminologie die wordt gebruikt voor bulkbewegingen van vloeistoffen. In dit artikel wordt convectie echter aangenomen in de vorm van warmteconvectie. In tegenstelling tot geleiding kan convectie niet plaatsvinden in vaste stoffen. Convectie is het proces van energieoverdracht door directe materieoverdracht. Bij vloeistoffen en gassen wordt bij verwarming van onderaf de onderste laag van de vloeistof het eerst verwarmd. De verwarmde luchtlaag zet dan uit; omdat het minder dicht is dan de koele lucht, stijgt de hete luchtlaag op in de vorm van convectiestroom. Dan ervaart de volgende vloeistoflaag hetzelfde fenomeen. Ondertussen is de eerste heteluchtlaag nu afgekoeld en komt deze naar beneden. Dit effect creëert een geleidingslus, die continu de warmte van de onderste lagen naar de bovenste lagen afgeeft. Dit is een zeer belangrijk patroon in weersystemen. De warmte van het aardoppervlak wordt in dit mechanisme afgegeven aan de bovenste atmosfeer.
Wat is het verschil tussen convectie en straling?
• Om convectie te laten plaatsvinden, moet er een medium met beweegbare deeltjes aanwezig zijn rond het verwarmde lichaam. Straling vereist geen medium.
• De warmteoverdracht door straling is sneller dan de warmteoverdracht door convectie.
• Convectie voert de warmte altijd weg van de zwaartekracht, terwijl straling in alle richtingen wordt uitgezonden.
