Inhoud
- Convectie warmteoverdracht
- Voorbeelden van convectie
- Advectie warmteoverdracht
- Voorbeelden van advectie
- Andere soorten warmteoverdracht
Als je ooit het metalen handvat van de pot hebt gegrepen die boven een kampvuur wordt verwarmd, heb je pijnlijk warmteoverdracht ervaren. Er zijn vier manieren waarop warmte wordt overgedragen van het ene object naar het andere: geleiding, straling, convectie en advectie. Warmte stroomt bijna altijd van het hogere temperatuurobject naar het lagere, waardoor de interne energie van beide objecten in het proces verandert. Het primaire verschil tussen convectie- en advectie-warmteoverdracht is de richting van de uitwisseling.
Convectie warmteoverdracht
Convectiewarmteoverdracht houdt de overdracht van warmte in door de beweging van de deeltjes van het medium. Dit medium moet een gas of vloeistof zijn, waardoor beweging mogelijk is. Convectie brengt altijd warmte over in het verticale vlak. Deze beweging wordt gedreven door variaties in de dichtheid van het medium en dus het drijfvermogen. Verwarmde deeltjes zetten uit, waardoor ze in dichtheid afnemen; deze deeltjes worden meer drijvend dan omliggende deeltjes, waardoor ze stijgen. Terwijl ze stijgen, wordt hun warmte overgedragen naar koelere delen van het medium dat zich erboven bevindt.
Voorbeelden van convectie
Convectiewarmteoverdracht vindt plaats wanneer een pot met water wordt verwarmd. Naarmate de watermoleculen die zich het dichtst bij de warmtebron bevinden warm worden, zetten ze uit. Deze expansie verlaagt hun dichtheid en ze beginnen te stijgen; dit is wat ervoor zorgt dat water in een pot kookt. De atmosfeer biedt ook een voorbeeld van convectiewarmteoverdracht. Wanneer een luchtpakket wordt opgewarmd door zonne-energie - stralingswarmteoverdracht - zet het luchtpakket uit en verlaagt het zijn dichtheid. Dit verhoogt het drijfvermogen en zorgt ervoor dat het in de atmosfeer stijgt. Dit produceert een onstabiele atmosfeer met een verticale luchtstroom.
Advectie warmteoverdracht
Advectie warmteoverdracht verschilt van convectie doordat de beweging van warmte beperkt is tot het horizontale vlak. Dit type warmteoverdracht wordt niet aangedreven door variaties in dichtheid, maar vereist eerder een externe kracht, zoals wind of stroming, om de deeltjes van het medium te verplaatsen. Terwijl de deeltjes horizontaal worden verplaatst naar systemen die heter of kouder zijn, wordt warmte overgedragen.
Voorbeelden van advectie
Het primaire voorbeeld van advectie-warmteoverdracht is de beweging van meteorologische fronten. Deze fronten vertegenwoordigen luchtmassa's van koude of warme lucht die door winden horizontaal over het oppervlak worden verplaatst; omdat deze luchtmassa's warmere of koelere lucht tegenkomen, wordt warmte uitgewisseld tussen de systemen. Oceaanstromen zijn een ander voorbeeld van advectie-warmteoverdracht. In plaats van verticaal verplaatsen stromingen warm of koud water in horizontale richtingen. Omdat deze wateren in wisselwerking staan met warmere of koelere delen van water, wordt er warmte uitgewisseld.
Andere soorten warmteoverdracht
De resterende soorten warmteoverdracht zijn geleiding en straling. Geleiding brengt warmte van het ene object op het andere over zonder beweging; speen wordt overgebracht van molecuul naar molecuul. Dit type warmteoverdracht vindt alleen plaats in vaste stoffen; het handvat van een hete pot is een voorbeeld van geleiding. Stralingswarmteoverdracht omvat de overdracht van warmte door elektromagnetische energiegolven. Een voorbeeld van straling is zonlicht; wanneer deze golven andere deeltjes raken, veroorzaken ze dat ze trillen of warm worden.