Verschil tussen convectie en geleiding
Share
Belangrijkste verschil - Convectie versus geleiding
Convectie en geleiding zijn beide mechanismen van warmteoverdracht. De grootste verschil tussen convectie en geleiding is dat, in convectie wordt warmte overgedragen door een massastroom van materiaal terwijl, in geleiding, warmte wordt overgedragen door botsingen van deeltjes die het materiaal vormen.
Wat is geleiding
Deeltjes waaruit materie bestaat, zijn altijd in beweging. Wanneer de temperatuur toeneemt, hebben de deeltjes grotere kinetische energieën en bijgevolg trillen ze met grotere amplituden. Gedurende geleiding, een vibrerend deeltje klopt een naburig deeltje, en geeft energie aan dat deeltje. Dit deeltje trilt nu met een grotere amplitude en het kan botsen met een ander aangrenzend atoom, waardoor het energie krijgt. Dit energieoverdrachtsproces kan van het ene uiteinde van een object naar het andere einde worden voortgezet. Omdat een toename in kinetische energie van deeltjes zich fysiek manifesteert als een toename in temperatuur, gaat de geleidelijke toename van de kinetische energie van deeltjes langs het object gepaard met een geleidelijke toename van de temperatuur langs het object. Dit proces, waarbij warmte wordt overgedragen als gevolg van botsende deeltjes, wordt genoemd geleiding.
Het vermogen van een materiaal om warmte over te dragen via geleiding wordt gekenmerkt door zijn geleidbaarheid. De snelheid van warmteoverdracht, 
of de warmtestroom, tussen twee objecten met een temperatuurverschil van 
is gegeven door
waar 
en 
zijn het dwarsdoorsnedeoppervlak en de lengte van de geleider die warmte overdraagt. De brief 
is de warmtegeleiding, gemeten in eenheden van W m-1 K-1.
Zoals uit de vergelijking blijkt, is de mate van warmteoverdracht recht evenredig met het temperatuurverschil en het dwarsdoorsnede-oppervlak van de geleider, en omgekeerd evenredig met de lengte van de geleider. De waarde van thermische geleidbaarheid is afhankelijk van de microscopische eigenschappen van het materiaal. Metalen zijn goede thermische geleiders omdat ze een groot aantal vrije elektronen bevatten die vrij kunnen botsen om energie over te brengen. In de tussentijd trillen de ionen die het rooster vormen over vaste posities ook botsen en warmte overdragen. De vrije elektronen zijn echter verantwoordelijk voor het grootste deel van de warmteoverdracht in metalen.
Wat is convectie
Convectie is het mechanisme van warmteoverdracht in materialen door een massastroom van het materiaal. Hier, om warmte over te dragen, bewegen delen van het materiaal zelf - d.w.z. er is een massaoverdracht in het materiaal. Doorgaans treedt convectie op in vloeistoffen. Effecten van convectie kunnen echter soms worden waargenomen in vaste stoffen, zoals in het geval van plaattektoniek. Het onderstaande diagram toont de wervelende patronen van convectie gevormd door stoom die uit een kopje koffie oprijst:
Convectiestromen beginnen zich te vormen in stoom die uit een kop hete vloeistof opstijgt
Convectie is een complex proces en er is geen eenvoudige vergelijking die het volledig beschrijft. We kunnen echter een benadering gebruiken voor gevallen waarin een vloeistof wordt verhit met een vast oppervlak. Voor deze gevallen, de warmteoverdrachtssnelheid 
is gegeven door,
waar is het oppervlak waar warmte doorheen wordt geleid, 
is de temperatuur van de vaste stof, 
is de temperatuur van lucht. 
staat bekend als de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt. Deze coëfficiënt hangt af van een aantal eigenschappen, waaronder de dichtheid, viscositeit en de stroomsnelheid van de vloeistof. De eenheid voor convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt is W m-2 K-1.
Merk op dat de vloeistoffen die warmte overdragen via convectie ook warmte overdragen via geleiding. Als de geleiding zeer effectief is, kan deze de vorming van convectiestromen voorkomen en de convectieve warmteoverdracht belemmeren. Of het dominante warmteoverdrachtsmechanisme geleiding of convectie voor een vloeistof is, kan worden gevonden door een getal te berekenen dat bekend staat als de Rayleigh nummer.
Het onderstaande diagram illustreert gevallen waarin elk van de drie soorten warmteoverdrachtsmechanismen dominant is.
Verschil tussen de drie geïllustreerde hoofdmechanismen voor warmteoverdracht: het verschil tussen convectie en straling werd in een ander artikel behandeld.
Verschil tussen convectie en geleiding
Mechanisme
Geleiding draagt warmte over via de overdracht van kinetische energie tijdens botsingen tussen trillende deeltjes.
Convectie draagt warmte over door de deeltjes waaruit het materiaal bestaat te verplaatsen.
Materiaal
Geleiding is typisch het dominante mechanisme van warmteoverdracht in vaste stoffen.
Convectie is meestal het dominante mechanisme van warmteoverdracht in vloeistoffen.
Afbeelding Met dank
"Convectie" door Rebecca Siegel (Eigen werk) [CC BY 2.0], via flickr
"ไทย: http://www.roasterproject.com/2010/01/heat-transfer-the-basics/" door Kmecfiunit (Eigen werk) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons
