Leitung vs. Konvektion | Was ist Leitung? Was ist Konvektion?
Leitung und Konvektion sind zwei Phänomene, denen man in Wärme und Thermodynamik begegnet. Diese beiden Konzepte sind sehr wichtig, wenn es um das Verständnis der Wärmeübertragung geht. Strahlung zusammen mit Leitung und Konvektion bilden die drei Formen der Wärmeübertragung. Bereiche wie Thermodynamik, Wärmekraftmaschinen, künstliche Wettersysteme, Meteorologie und sogar unsere Physiologie hängen von den Prinzipien der Leitung und Konvektion ab. Es ist wichtig, ein gutes Verständnis für Leitung und Konvektion sowie Strahlung zu haben, um diese Felder gut zu verstehen. In diesem Artikel werden wir diskutieren, was Leitung und Konvektion sind, den Grund für Leitung und Konvektion, ihre Ähnlichkeiten, was sind die täglichen Vorfälle, die wir aufgrund von Leitung und Konvektion beobachten können, ihre Ähnlichkeiten und schließlich ihre Unterschiede.
Was ist Leitung?
Leitung ist definiert als die Übertragung von Wärmeenergie zwischen Materiebereichen aufgrund eines Temperaturgradienten. Leitung kann in jedem Material vorkommen, aber in der Praxis wird Leitung nur auf Festkörper angewendet. Wenn Festkörper erhitzt werden, vibrieren Atome und Moleküle innerhalb des Festkörpers aufgrund der durch das Erhitzen erh altenen kinetischen Energie, die Kollisionen dieser vibrierenden Atome mit den benachbarten Atomen bewirken, dass die benachbarten Atome vibrieren, daher werden die Vibrationen in das andere Ende des Körpers übertragen fest. Die Atome an der Oberfläche des Festkörpers geben die Energie aus der Schwingung an den freien Raum ab. Bei einem gleichmäßigen Stab in einem stationären Zustand mit isolierten Seiten und nur den beiden Enden freigelegt, ist die Wärmeflussrate direkt proportional zur Fläche der Wärmeabsorption und des Temperaturgradienten. Der stationäre Zustand liegt vor, wenn zwischen allen Punkten ein thermisches Gleichgewicht besteht, was bedeutet, dass sich die Temperatur eines Punktes nicht mit der Zeit ändert. Gase und Flüssigkeiten zeigen ebenfalls Leitung, jedoch in Form von direkten Molekülkollisionen. Sie vibrieren nicht wie Festkörper.
Was ist Konvektion?
Konvektion ist die Terminologie, die für Massenbewegungen von Flüssigkeiten verwendet wird. In diesem Artikel wird Konvektion jedoch in Form von Wärmekonvektion verstanden. Im Gegensatz zur Leitung kann Konvektion in Festkörpern nicht stattfinden. Konvektion ist der Prozess der Energieübertragung durch direkte Materieübertragung. In Flüssigkeiten und Gasen wird bei Erwärmung von unten die unterste Schicht der Flüssigkeit erwärmt. Die erwärmte Luftschicht dehnt sich dann aus und ist weniger dicht als die kühle Luft; die Heißluftschicht steigt in Form von Konvektionsströmung auf. Dann erfährt die nächste Flüssigkeitsschicht die gleichen Phänomene. Inzwischen ist die erste heiße Luftschicht abgekühlt und wird herunterkommen. Dieser Effekt erzeugt eine Leitungsschleife, die die von den unteren Schichten aufgenommene Wärme kontinuierlich an die oberen Schichten abgibt. Dies ist ein sehr wichtiges Muster in Wettersystemen. Bei diesem Mechanismus wird die Wärme von der Erdoberfläche an die obere Atmosphäre abgegeben.
Was ist der Unterschied zwischen Konduktion und Konvektion?
• Leitung tritt in allen Medien auf, während Konvektion in Festkörpern nicht möglich ist.
• Bei der Konvektion fließt Materie in großen Mengen, während bei der Leitung Materie um einen festen Punkt schwingt.
• In einem geschlossenen System ist ein Wärmeverlust durch Konvektion nicht möglich, aber ein Wärmeverlust durch Leitung ist möglich.
