Perbedaan Antara Konveksi dan Konduksi

Daftar Isi:

Perbedaan Utama – Konveksi vs Konduksi
Apa itu Konduksi?
Apa itu Konveksi?
Perbedaan Antara Konveksi dan Konduksi

Perbedaan Utama – Konveksi vs Konduksi

Konveksi dan konduksi keduanya merupakan mekanisme perpindahan panas. NS perbedaan utama antara konveksi dan konduksi adalah, in konveksi, panas ditransfer melalui aliran massa material sementara, dalam konduksi, kalor berpindah melalui tumbukan partikel yang menyusun materi.

Apa itu Konduksi?

Partikel penyusun materi selalu bergerak. Ketika suhu meningkat, partikel memiliki energi kinetik yang lebih besar, dan akibatnya mereka bergetar dengan amplitudo yang lebih besar. Selama konduksi, partikel yang bergetar mengetuk partikel tetangga, memberikan energi ke partikel itu. Partikel ini sekarang bergetar dengan amplitudo yang lebih besar, dan dapat bertabrakan dengan atom tetangga lainnya, memberinya energi. Proses transfer energi ini dapat berlanjut dari satu ujung benda ke ujung lainnya. Karena peningkatan energi kinetik partikel secara fisik bermanifestasi sebagai peningkatan suhu, peningkatan bertahap energi kinetik partikel di sepanjang objek disertai dengan peningkatan suhu secara bertahap di sepanjang objek. Proses perpindahan kalor akibat tumbukan partikel disebut konduksi.

Kemampuan suatu bahan untuk mentransfer panas melalui konduksi ditandai dengan konduktivitasnya. Kecepatan perpindahan panas,

atau arus panas, antara dua benda yang memiliki perbedaan suhu

diberikan oleh

di mana

dan

adalah luas penampang dan panjang konduktor yang mentransfer panas masing-masing. Surat

adalah konduktivitas termal, diukur dalam satuan W m^-1 K^-1.

Seperti yang terlihat dari persamaan, laju perpindahan panas berbanding lurus dengan perbedaan suhu dan luas penampang konduktor, dan berbanding terbalik dengan panjang konduktor. Nilai konduktivitas termal tergantung pada sifat mikroskopis material. Logam adalah konduktor termal yang baik karena mengandung sejumlah besar elektron bebas yang dapat bertabrakan secara bebas untuk mentransfer energi. Sementara itu, ion-ion yang membentuk kisi bergetar pada posisi tetap juga bertabrakan dan mentransfer panas. Namun, elektron bebas bertanggung jawab untuk sebagian besar perpindahan panas dalam logam.

Apa itu Konveksi?

Konveksi adalah mekanisme perpindahan panas dalam bahan melalui aliran massa bahan. Di sini, untuk mentransfer panas, bagian dari materi itu sendiri bergerak - yaitu, ada transfer massa di dalam materi. Biasanya, konveksi terjadi dalam cairan. Namun, efek konveksi kadang-kadang dapat dilihat pada padatan, seperti dalam kasus lempeng tektonik. Diagram di bawah ini menunjukkan pola konveksi yang berputar-putar yang dibentuk oleh uap yang naik dari secangkir kopi:

Arus konveksi mulai terbentuk dalam uap yang naik dari secangkir cairan panas

Konveksi adalah proses yang kompleks dan tidak ada persamaan sederhana yang sepenuhnya menggambarkannya. Namun, kita dapat menggunakan pendekatan untuk kasus di mana fluida dipanaskan menggunakan permukaan padat. Untuk kasus ini, laju perpindahan panas

diberikan oleh,

di mana

adalah luas permukaan yang dilalui panas,

adalah suhu padatan,

adalah suhu udara.

dikenal sebagai koefisien perpindahan panas konveksi. Koefisien ini tergantung pada sejumlah sifat termasuk densitas, viskositas, dan laju aliran fluida. Satuan untuk koefisien perpindahan panas konveksi adalah W m^-2 K^-1.

Perhatikan bahwa cairan yang mentransfer panas melalui konveksi juga mentransfer panas melalui konduksi. Jika konduksi sangat efektif, dapat mencegah pembentukan arus konveksi dan menghambat perpindahan panas konveksi. Apakah mekanisme perpindahan panas yang dominan adalah konduksi atau konveksi untuk fluida dapat ditemukan dengan menghitung angka yang dikenal sebagai bilangan Rayleigh.

Diagram di bawah menggambarkan kasus di mana masing-masing dari tiga jenis mekanisme perpindahan panas dominan.