Perbedaan Utama – Konveksi vs. Radiasi

Konveksi dan radiasi keduanya merupakan mekanisme perpindahan panas. Mereka memungkinkan energi panas untuk diangkut dari satu tempat ke tempat lain. NS perbedaan utama antara konveksi dan radiasi adalah konveksi adalah mekanisme perpindahan panas yang melibatkan aliran massa material. Radiasi, di sisi lain, adalah transfer panas menggunakan energi elektromagnetik. Akibatnya, radiasi dapat mentransfer panas melalui ruang hampa.

Apa itu Konveksi?

Konveksi adalah mekanisme perpindahan panas dalam bahan melalui aliran massa bahan. Untuk menghantarkan 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. Ada dua jenis utama konveksi: alami dan dipaksa.

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.

Konveksi Alami

Di dalam konveksi alami, aliran bahan disebabkan oleh perbedaan densitas. Sebagai contoh, mari kita perhatikan ketel air yang dihangatkan di atas kompor. Saat air memanas di bagian bawah ketel, ia mengembang. Ini berarti bahwa molekul air sekarang ditempatkan lebih jauh, yang menyebabkan kerapatan air di bagian bawah berkurang. Sekarang, air di bagian bawah ketel kurang padat dibandingkan dengan air di bagian atas ketel. Karena perbedaan densitas, air yang lebih hangat dari bawah naik ke atas sedangkan air yang lebih dingin dari atas tenggelam ke bawah. Proses berulang sampai bagian atas dan bawah keduanya pada suhu yang sama.

Cairan panas yang naik tidak bisa naik sepanjang garis yang sama di mana cairan dingin tenggelam. Oleh karena itu, fluida perlu bergerak secara horizontal sebelum naik/tenggelam untuk siklus berikutnya. Ini mengatur sel konveksi dalam fluida, seperti yang ditunjukkan pada diagram di bawah ini.

Sel Konveksi

Konveksi alami bertanggung jawab atas arus udara dan juga merupakan salah satu faktor utama yang terlibat dalam arus laut.

Konveksi juga merupakan faktor penting dalam tektonik lempeng. Bagian dalam mantel bumi lebih panas daripada bagian luarnya, dan ini menyebabkan sel-sel konveksi terbentuk di dalam mantel. Mantelnya padat, dan pergerakan material di dalam mantel cukup lambat, sekitar 20 mm per tahun.

Konveksi di Mantel Bumi

Konveksi Paksa

Konveksi paksa terjadi ketika pergerakan material dipindahkan menggunakan mekanisme eksternal seperti menggunakan kipas atau pompa. Pemanas kipas adalah contoh yang baik untuk konveksi paksa. Dalam tubuh manusia, jantung juga bertindak sebagai pompa yang bertanggung jawab untuk konveksi paksa panas ke seluruh tubuh.

Apa itu Radiasi?

Radiasi menjelaskan perpindahan panas melalui radiasi elektromagnetik. Karena energi kinetik, molekul yang membentuk benda selalu bergerak. Hal ini menyebabkan muatan dalam molekul tersebut bergerak, yang menghasilkan penciptaan gelombang elektromagnetik.

Tingkat di mana suatu benda memancarkan panas melalui radiasi diberikan oleh Hukum Stefan-Boltzmann:

di mana

adalah luas permukaan benda dan

adalah suhu mutlaknya.

adalah konstanta Stefan-Boltzmann,

.

Kuantitas

disebut emisivitas. Dibutuhkan nilai antara 0 dan 1.

lebih tinggi untuk objek yang lebih gelap dengan permukaan yang lebih gelap, yang memancarkan dan menyerap radiasi dengan baik. Permukaan mengkilap menyerap dan memancarkan radiasi jauh lebih sedikit dan mereka memiliki emisivitas mendekati 0. Permukaan ideal yang merupakan penyerap dan pemancar radiasi yang sempurna memiliki emisivitas 1 dan disebut a benda hitam.

Karena objek memancarkan radiasi ke lingkungan, ia juga menyerap radiasi dari lingkungan. Jika lingkungan berada pada suhu

, laju bersih di mana tubuh memancarkan panas diberikan oleh

Jika

ada radiasi panas bersih dari tubuh ke lingkungan.

Objek memancarkan beberapa panjang gelombang radiasi lebih dari yang lain. Biasanya, semakin panas tubuh, semakin rendah panjang gelombang yang dipancarkan paling banyak. Misalnya, bintang yang lebih panas seharusnya memiliki warna yang lebih biru (panjang gelombang lebih kecil) dibandingkan dengan bintang yang lebih dingin dan lebih merah (panjang gelombang lebih besar). Untuk benda hitam ideal pada suhu absolut

, hukum Wien memberikan panjang gelombang

yang paling banyak dikeluarkan:

Pada suhu kamar, panjang gelombang utama yang dipancarkan oleh benda berada dalam kisaran infra merah. Grafik di bawah ini menunjukkan kerapatan energi dari panjang gelombang tertentu yang dipancarkan oleh benda hitam pada beberapa suhu yang berbeda.

Radiasi – Hukum Wien

Termogram menggunakan radiasi termal yang dipancarkan oleh tubuh untuk menyaring penyakit dan kamera infra merah digunakan untuk "melihat" dalam gelap. Radiasi dari bintang-bintang yang jauh juga digunakan untuk mengukur jarak antara Bumi dan bintang-bintang.

Perbedaan Antara Konveksi dan Radiasi – Termogram rumah hemat energi di latar depan, memancarkan energi panas jauh lebih sedikit dibandingkan dengan rumah tradisional yang memancarkan lebih banyak energi (latar belakang)

Apa perbedaan antara Konveksi dan Radiasi

Asal

Konveksi terjadi sebagai akibat dari ekspansi termal materi.

Radiasi adalah hasil dari gerakan muatan dalam bahan karena energi kinetik molekul.

Mekanisme

Konveksi melibatkan transfer massa suatu material, biasanya cairan.

Radiasi melibatkan gelombang elektromagnetik. Materi itu sendiri tidak bergerak.

Medium

Konveksi membutuhkan sebuah media.

Radiasi tidak memerlukan media, dan dapat mentransfer panas melalui ruang hampa.

Ketergantungan Suhu

Konveksi menghasilkan laju aliran panas yang kira-kira berbanding lurus dengan perbedaan suhu.

Radiasi menghasilkan laju aliran panas yang bergantung pada perbedaan antara pangkat empat suhu benda dan lingkungan.

Referensi

Liu dkk., (2007). Konveksi skala kecil di mantel atas di bawah Pegunungan Tian Shan Cina. Fisika Bumi dan Interior Planet (163), 179-190

Gambar Courtesy

"tengah: sel konveksi dalam bejana, atas: keluaran panas, bawah: masukan panas" oleh Eyrian (Pekerjaan sendiri) [CC BY-SA 3.0], melalui Wikimedia Commons

“Menunjukkan bagaimana punggungan samudra terbentuk, litosfer tersubduksi di parit; bagus untuk memahami lempeng tektonik.” oleh Surachit (Karya sendiri) [CC BY-SA 3.0], melalui Wikimedia Commons

“Hukum radiasi Wien / Prawo Wiena” oleh 4C (Karya sendiri, berdasarkan versi JPG) [CC BY-SA 3.0], melalui Wikimedia Commons

Termogram bangunan Passivhaus, dengan latar belakang bangunan tradisional. oleh Passivhaus Institut (Disalin ke Commons dari http://en.wikipedia.org. Sumber asli Passivhaus Institut, Jerman – http://www.passiv.de) [CC BY-SA 3.0], melalui Wikimedia Commons