Geleiding, convectie en straling

Geleiding, convectie en straling zijn de drie vormen van warmteoverdracht. Warmte is de energie die van het ene lichaam of systeem naar het andere gaat.

Warmteoverdracht vindt alleen plaats als er een temperatuurverschil is tussen twee dingen.

Bij geleiding vindt warmteoverdracht plaats wanneer een lichaam of object in contact is met een ander.

Convectie daarentegen wordt geproduceerd door de beweging van gassen of vloeistoffen bij verschillende temperaturen.

Straling op zijn beurt is een overdracht van warmte zonder dat de lichamen in contact komen. Daarom gebeurt dit door de emanatie van energie door middel van elektromagnetische golven.

Een voorbeeld dat dit illustreert is dat van een pan met kokend water: het vuur verwarmt de pot (straling), het metaal in de pot verwarmt het water (geleiding) en het hete water stijgt door het effect van warmte (convectie).

Wat is warmtegeleiding?

Geleiding is een vorm van warmteoverdracht die optreedt wanneer twee lichamen in contact zijn of wanneer warmte van de ene kant van hetzelfde lichaam naar de andere gaat. Als we bijvoorbeeld het ene uiteinde van een ijzeren staaf verwarmen, zal het andere uiteinde na een tijdje opwarmen, ondanks dat het niet in direct contact staat met de warmtebron..

Het mechanisme van warmteoverdracht door geleiding is gebaseerd op de beweging van atomen. Naarmate de temperatuur stijgt, bewegen de atomen sneller en duwen ze ook naburige atomen, waardoor er warmte aan wordt overgedragen..

Het vermogen van materialen om warmte te geleiden staat bekend als thermische geleidbaarheid. Lucht heeft bijvoorbeeld een lage geleidbaarheid, net als hout.

Aan de andere kant hebben metalen, zoals aluminium en ijzer, een hoge thermische geleidbaarheid. Deze materialen zijn zeer effectief in het geleiden van warmte, omdat ze vrije elektronen hebben die energie sneller overbrengen van warme naar koude delen van het lichaam..

Voorbeelden van warmtegeleiding

• Gietijzeren koekenpan op een brandende brander: warmte van de brander verwarmt de pan die warmte naar de rest van de pan en de inhoud erin geleidt.
• Gesmolten ijs in de hand: als we een ijsje in de hand leggen, smelt het door de geleiding van lichaamswarmte.
• Hete voeten in het zand: op een warme dag op het strand, als we met blote voeten door het hete zand lopen, zullen we na een tijdje voelen dat we verbrand worden door de geleiding van warmte van het zand aan onze voeten.
• De kop hete koffie: door hete koffie (of andere hete drank) in een kopje te gieten, zullen we na verloop van tijd de warmte in onze handen voelen. Daarom hebben de bekers een handvat zodat we deze kunnen vastpakken zonder onszelf te verbranden..
• Kleding strijken: het strijkijzer dat wordt gebruikt om kreukels uit kleding te verwijderen, warmt op en geleidt warmte wanneer het in contact komt met kleding.
• De thermometer​ Dit instrument wordt gebruikt om temperatuur te meten omdat het warmte ontvangt of overdraagt ​​door geleiding van het object of de substantie waarmee het in contact is.
• Metalen lepel tegen houten lepel: een houten lepel geleidt warmte slecht terwijl de metalen lepel snel opwarmt. Daarom kunnen we het eten mengen met de houten lepel, maar als we de soep eten gebruiken we een metalen lepel.

Wat is warmteconvectie?

Convectie is de vorm van warmteoverdracht die wordt geproduceerd door de beweging van vloeistoffen en gassen van warme naar koude gebieden. Wanneer een vloeistof wordt verwarmd, wordt deze minder dicht, waardoor deze stijgt.

Het is dankzij het convectieproces dat wolken worden gevormd: waterdamp en hete lucht op het aardoppervlak stijgt op en condenseert vervolgens als wolken in de hoogte. Dit type convectie is natuurlijk of gratis, zonder tussenkomst van externe krachten.

Aan de andere kant treedt geforceerde convectie op wanneer een kracht wordt uitgeoefend om de vloeistof te verplaatsen. Dit is wat er gebeurt als we ventilatoren gebruiken om hete lucht in een kamer te verplaatsen, of als we de inhoud van een pan over de brander verplaatsen.

Voorbeelden van warmteconvectie

• Home verwarmingssystemen: de lucht die in contact komt met een verwarmingssysteem warmt op, stijgt vervolgens op en verdringt de koude lucht, waardoor tocht ontstaat.
• De interne warmte van de aarde: de kern van de aarde is heet en vloeibaar, daarom worden convectiestromen geproduceerd die aardbevingen en vulkaanuitbarstingen veroorzaken.
• De vloeistof in de opslagtanks- In de leidingen van een zonneboiler warmt de vloeistof op en wordt deze minder dicht, waardoor de warmte naar de koelere vloeistoffen wordt verplaatst.
• Heteluchtoven: de hete lucht in de oven circuleert dankzij een ventilator, waardoor het voedsel gelijkmatiger wordt gebakken.
• Kokend water in een pan: wanneer we water in een pot op een brandende kachel doen, stijgt het hete water van de bodem, waardoor de beweging van het koude water van het oppervlak wordt gedwongen.
• Haardroger: koude lucht komt de droger binnen, wordt verwarmd door een weerstand te passeren en blaast warme lucht door het mondstuk.
• Oceaanstromingen: het water van de oceanen wordt constant in beweging gehouden door convectie, het warme water van de tropen beweegt zich naar de polen.
• Hete lucht ballonnen of heteluchtballonnen: door de lucht te verwarmen, wordt deze minder dicht, wordt hij opgesloten in de stof van de ballon, waardoor hij gaat drijven. Om naar beneden te gaan, wordt daarom een ​​raam geopend waardoor de warme lucht kan ontsnappen.

Wat is warmtestraling?

Straling is de overdracht van warmte zonder contact tussen objecten. Dit gebeurt door middel van elektromagnetische golven, zoals zichtbaar licht, ultraviolet en infrarood, die door de ruimte reizen. Om warmtestraling te laten optreden, is de aanwezigheid van materiaal niet vereist.

Lichamen geven warmte af door straling, maar nemen ook warmte op, afhankelijk van het temperatuurverschil. In feite zijn de lichamen die het beste absorberen ook goede emitters. Zo absorbeert een zwart vlak straling beter, maar ze zenden ook meer uit dan een wit vlak.

De emissie hangt dus af van de temperatuur van het lichaam, hoe hoger de temperatuur, hoe groter de emissie van warmte..

De werking van een thermoskan is gebaseerd op het concentreren van de warmtestraling binnenin. Een thermoskan is gebouwd met een dubbele glazen wand zonder lucht ertussen, om warmteverlies door geleiding of convectie te voorkomen. Zilveren binnenwand reflecteert straling zonder deze te absorberen, waardoor de drank langer warm blijft.

Voorbeelden van thermische straling

• De hitte van de zon: de aarde ontvangt warmte van de zon door straling.
• Heet zand op een strand: op een zomerse dag verwarmt zonnestraling het zand.
• Embers van een vreugdevuur: als we een kampvuur of open haard naderen, geven de brandende kolen stralingswarmte af.
• Zonne-oven: de zonnestralen raken een oppervlak dat de lucht verwarmt.
• Infrarood thermometer: meet de straling van een lichaam in het infraroodbereik en geeft deze weer als temperatuur.
• Thermische camera's: warmtebeeldcamera's registreren de warmte van lichamen die door straling worden uitgestraald.
• Zonnebedden: zonnebanken zijn gebaseerd op de emissie van ultraviolette straling die het bruinen van de huid bevordert. Het gebruik ervan is beperkt door de aanleg voor huidbeschadiging.

Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:

• Verschil tussen warmte en temperatuur.
• Soorten energie