Différence entre convection et conduction

Table des matières:

Différence principale - Convection vs Conduction
Qu'est-ce que la conduction
Qu'est-ce que la convection
Différence entre convection et conduction

Différence principale - Convection vs Conduction

Convection et conduction sont deux mécanismes de transfert de chaleur. Les différence principale entre la convection et la conduction est que, jen convection, la chaleur est transférée à travers un flux massique de matière tandis que, en conduction, la chaleur est transférée par collisions de particules qui composent la matière.

Qu'est-ce que la conduction

Les particules qui composent la matière sont toujours en mouvement. Lorsque la température augmente, les particules ont des énergies cinétiques plus importantes, et par conséquent elles vibrent avec des amplitudes plus importantes. Au cours de la conduction, une particule vibrante frappe une particule voisine, transmettant de l'énergie à cette particule. Cette particule vibre maintenant avec une plus grande amplitude, et elle peut entrer en collision avec un autre atome voisin, lui donnant de l'énergie. Ce processus de transfert d'énergie peut se poursuivre d'un bout à l'autre d'un objet. Étant donné qu'une augmentation de l'énergie cinétique des particules se manifeste physiquement par une augmentation de la température, l'augmentation progressive des énergies cinétiques des particules le long de l'objet s'accompagne d'une augmentation progressive de la température le long de l'objet. Ce processus, par lequel la chaleur est transférée à la suite de la collision de particules est appelé conduction.

La capacité d'un matériau à transférer de la chaleur par conduction est caractérisée par sa conductivité. Le taux de transfert de chaleur,

ou le courant de chaleur, entre deux objets ayant une différence de température de

est donné par

où

sont respectivement la section transversale et la longueur du conducteur transférant la chaleur. La lettre

est le conductivité thermique, mesuré en unités de W m^-1 K^-1.

Comme le montre l'équation, le taux de transfert de chaleur est directement proportionnel à la différence de température et à la section transversale du conducteur, et inversement proportionnel à la longueur du conducteur. La valeur de la conductivité thermique dépend des propriétés microscopiques du matériau. Les métaux sont de bons conducteurs thermiques car ils contiennent un grand nombre d'électrons libres qui peuvent entrer librement en collision pour transférer de l'énergie. Pendant ce temps, les ions qui forment le réseau vibrent autour de positions fixes entrent également en collision et transfèrent de la chaleur. Cependant, les électrons libres sont responsables de la majeure partie du transfert de chaleur dans les métaux.

Qu'est-ce que la convection

La convection est le mécanisme de transfert de chaleur dans les matériaux à travers un écoulement massique du matériau. Ici, afin de transférer de la chaleur, des parties du matériau lui-même se déplacent - c'est-à-dire qu'il y a un transfert de masse à l'intérieur du matériau. Typiquement, la convection se produit dans les fluides. Cependant, des effets de convection peuvent parfois être observés dans les solides, comme dans le cas de la tectonique des plaques. Le diagramme ci-dessous montre les motifs tourbillonnants de convection formés par la vapeur s'élevant d'une tasse de café:

Courants de convection commençant à se former dans la vapeur s'élevant d'une tasse de liquide chaud

La convection est un processus complexe et il n'y a pas d'équation simple qui le décrit complètement. Cependant, nous pouvons utiliser une approximation pour les cas où un fluide est chauffé à l'aide d'une surface solide. Pour ces cas, le taux de transfert de chaleur

est donné par,

où

est la surface à travers laquelle la chaleur est transférée,

est la température du solide,

est la température de l'air.

est connu comme le coefficient de transfert de chaleur convectif. Ce coefficient dépend d'un certain nombre de propriétés, notamment la densité, la viscosité et le débit du fluide. L'unité du coefficient de transfert de chaleur par convection est W m^-2 K^-1.

Notez que les fluides transférant de la chaleur par convection transfèrent également de la chaleur par conduction. Si la conduction est très efficace, elle peut empêcher la formation de courants convectifs et gêner le transfert de chaleur par convection. On peut déterminer si le mécanisme de transfert de chaleur dominant est la conduction ou la convection pour un fluide en calculant un nombre connu sous le nom de Numéro de Rayleigh.

Le schéma ci-dessous illustre des cas où chacun des trois types de mécanisme de transfert de chaleur est dominant.

Différence entre les trois principaux mécanismes de transfert de chaleur illustrés: la différence entre convection et rayonnement a été traitée dans un autre article.