传导、对流与辐射的区别

传导、对流和辐射在热量传递过程的执行方式上有所不同。热量传递是指两物体之间热能的物理传递。

温度和热流是热量传递的基本概念。温度是热能总量的一种度量，而热流是描述热能流动的术语。

热量可以从一个物体传递到另一个物体的三种方式是传导、对流和辐射。尽管这些过程是不同的，但它们有时会同时发生。

传导定义

传导是由于物体相邻区域之间的温差而使热量通过材料直接传输的过程。当材料中的分子温度升高，引起剧烈振动时，就会发生传导。它们还会导致周围的分子振动，从而将热能传递到物体的相邻部分。

当两个物体直接接触时，传导会将热量从较热的物体传递到较冷的物体。此外，导体易于热量通过。

传导存在的场合示例

• 触摸燃烧的炉灶
• 感受冰块的寒冷
• 将热的铁器放入水中煮沸

影响传导的因素

影响传导过程的因素如下。

1. 温度梯度

温度梯度直接影响传导中的热量传递量。温差越大，热量传递越显著。

2. 横截面积

影响热量传递效率的一个关键因素是横截面积。加热横截面积较大的物体需要更多的能量。横截面积越大，热量消散得越快。

3. 路径长度

路径长度是指物体的长度。对于尺寸增大的物体，它们之间的热量传递所需时间会更长。

对流定义

对流是一个科学术语，指的是仅在流体中发生并涉及实际物质运动的热量传递。任何分子可以从一个地方轻易移动到另一个地方的物质，如液体和气体，都称为流体。它可以是自愿的，也可以是强迫的。

自然对流受重力支持，当物质从下方加热时，其较热的部分会上升。较热的物质上升是因为其密度较低，因此具有浮力。冷物质会因密度较高而下沉，从而取代其位置，当它变热时，它会上升，然后重复这个过程。

物质的分子在对流过程中会因加热而扩散并分开。当对流是强制进行的时，物质会通过任何物理方式（例如泵）被迫向上移动，例如空气加热系统。

对流的类型

对流通常有两种类型

1. 自然对流

海洋风就表现出这种对流。它是由温度差异对密度的影响引起的。因此，浮力起作用，导致对流。

2. 强制对流

强制对流是通过风扇和泵等替代能源实现的。用于加热水的地热喷泉是强制对流的一个例子。

辐射定义

辐射是热量传递过程中不需要介质的名称。因为它不需要分子流过，它指的是通过波进行热量传递。热量可以在物体之间传递，而无需它们直接接触。

当你感觉到的任何热量来自一个不直接接触你的物体时，那都是由辐射引起的。此外，一些表面特性（如颜色、表面朝向等）对辐射有显著影响。

该过程中使用的电磁波称为辐射能，它携带能量。热能通常从热物体辐射到较冷的周围环境。辐射能在真空中可以从其源头传播到较冷的周围环境。尽管距离数千公里，我们从太阳接收到的太阳能正是辐射的一个完美例子。

传导、对流和辐射之间的重要区别

传导、对流和辐射之间的主要区别如下。

• 通过传导，即通过直接的物理接触，热量在连续体的各个部分之间传递。对流理论认为，液体（包括液体和气体）中的气流会传递热量。辐射是指利用电磁波传递热量的方法。
• 对流描述了热量如何在液体和气体中移动，而传导则说明了热量如何在直接接触的物体之间传递。相比之下，辐射描述了热量如何在没有分子的区域中流动。
• 温差导致传导或热量从高温区域流向低温区域。对流是由于密度差异而发生的，热量从低密度区域流向高密度区域。另一方面，任何高于 0 K 的物体都会释放热量。
• 传导通常由分子碰撞引起，在固体中发生。当流体中的分子沿同一方向大规模移动时，就会发生对流。相比之下，辐射在空间真空中传播，而不会加热中间的物质。
• 对流涉及通过中间介质传递热能，而传导涉及通过受热的固体身体传递热量。相反，辐射通过电磁波传递热量。
• 传导和对流比辐射慢。
• 与辐射相反，传导和对流不遵循反射和折射定律。

要记住的重要事项

• 分子从高温区域传输到低温区域称为热量传递。
• 辐射、对流和传导是热量传递的三种方式。
• 传导过程是将热能直接从一个物体传递到另一个物体。
• 对流发生在流体中。由于热量引起的分子热膨胀，它们成群移动，传递热量。
• 辐射是在两个物体不接触的情况下传递热量的方法。

结论

热量传递及其产生变化的研究属于热力学范畴。传导是指将热量从较热的部分传递到较冷的部分。对流是通过流体上下移动来传递热量。热量通过辐射过程在空间中传播。