การทำความเข้าใจกลไกต่างๆ ของการถ่ายเทความร้อนเป็นสิ่งสำคัญสำหรับนักศึกษาฟิสิกส์ อุตุนิยมวิทยา และภูมิศาสตร์ ส่วนใหญ่ความแตกต่างนั้นง่ายต่อการเข้าใจ อย่างไรก็ตาม จุดที่ทำให้เกิดความสับสนอย่างหนึ่งคือความแตกต่างระหว่างการพาความร้อนและการเคลื่อนตัว
เมื่ออ่านคำจำกัดความของทั้งสองครั้งแรกแล้ว รู้สึกอยากจะคิดว่าทั้งสองเป็นปรากฏการณ์เดียวกัน แต่ในความเป็นจริง การอุปถัมภ์ คือ ส่วนประกอบ ของกระบวนการพาความร้อนที่กว้างและครอบคลุมมากขึ้น การทำความเข้าใจความแตกต่างนี้เป็นสิ่งสำคัญหากคุณต้องการอธิบายทั้งสองกระบวนการ
การพาความร้อนคืออะไร?
การพาความร้อนเป็นกระบวนการหลายขั้นตอนซึ่งมักส่งผลให้เกิดการเคลื่อนที่เป็นวงกลมของของเหลวเพื่อตอบสนองต่อความร้อน ลองนึกภาพน้ำในกระทะที่อยู่เหนือความร้อน: ขณะที่ก้นกระทะร้อนขึ้น ความร้อนนี้จะถูกถ่ายเท (โดยการนำ) ไปยังน้ำที่ด้านล่างของกระทะ
จากนั้นน้ำจะร้อนขึ้น ทำให้โมเลกุลสั่นสะเทือนมากขึ้นและความหนาแน่นโดยรวมของน้ำส่วนนี้ลดลงเนื่องจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นที่ลดลงทำให้ส่วนที่อุ่นขึ้นของน้ำเพิ่มขึ้น โดยแทนที่ด้วยน้ำที่เย็นกว่าและหนาแน่นกว่าจากส่วนบนของกระทะ
เมื่อน้ำร้อนขึ้น มันจะสูญเสียพลังงานเพิ่มเติมบางส่วน (ถูกถ่ายโอนไปยังส่วนอื่นๆ ของน้ำ เช่นเดียวกับการสูญเสียเนื่องจากการเคลื่อนไหว) ทำให้เย็นลงและหนาแน่นขึ้น
ในเวลาเดียวกัน น้ำเย็นที่แทนที่ไว้ที่ด้านล่างของกระทะก็ร้อนขึ้น มีความหนาแน่นน้อยลง และเริ่มสูงขึ้น กระบวนการเริ่มต้นใหม่อีกครั้ง ส่งผลให้ กระแสพา ทั่วทั้งกระทะ กระบวนการเดียวกันนี้ยังเกิดขึ้นในบรรยากาศ ในอากาศใกล้กับเครื่องทำความร้อน และในสถานที่อื่นๆ อีกหลายแห่งที่มีแหล่งกำเนิดความร้อนที่แตกต่างกันออกไป
Advection คืออะไร?
Advection เป็นกระบวนการที่จำเพาะเจาะจงมากขึ้น ซึ่งหมายถึงการขนส่งบางสิ่ง (เช่น อุณหภูมิ ความชื้น หรือสาร) จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยการเคลื่อนที่จำนวนมากของของไหล
ส่วนสำคัญของคำจำกัดความนี้คือการขนส่งวัสดุหรือปริมาณโดย .เท่านั้น การเคลื่อนที่ของของไหล ดังนั้นคำนิยามทางภูมิศาสตร์จึงขึ้นอยู่กับกระแสลมหรือมหาสมุทรอย่างมาก กระแสน้ำ
ตัวอย่างเช่น กระแสน้ำอุ่นในมหาสมุทรเคลื่อนตัวน้ำที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง เพราะมันถูกพัดพาไปพร้อมกับการเคลื่อนที่จำนวนมากของแหล่งน้ำ ในทำนองเดียวกัน การเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีอากาศร้อนและเย็น (เช่น หน้าร้อนและเย็น) ในอุตุนิยมวิทยาเป็นตัวอย่างของการเคลื่อนตัว
การพาความร้อนเทียบกับ Advection
แหล่งที่มาของความสับสนระหว่างการพาความร้อนกับการเคลื่อนตัวควรมีความชัดเจน ในทั้งสองกระบวนการ ความร้อนสามารถถ่ายเทจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยการเคลื่อนที่ของของไหล ดังนั้น ในแง่หนึ่งจะมีความเหลื่อมล้ำกันมากระหว่างกระบวนการ ปัจจัยหลักคือการพาความร้อนนั้น ประกอบด้วย advection แต่ยังรวมถึงการถ่ายโอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือแบบกระจาย ในขณะที่ advection หมายถึงการถ่ายโอนปริมาณผ่านการเคลื่อนที่ของของไหลอย่างหมดจด
คุณสามารถคิดถึงการพาความร้อนกับการพาดพิงในรายละเอียดเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจความแตกต่าง ในตอนแรก ความร้อนจะถูกถ่ายเทไปยังของเหลว และทำให้โมเลกุลภายในมันเคลื่อนที่ไปในทิศทางแบบสุ่ม โดยกระจายความร้อนผ่านการแพร่
จากนั้นในขณะที่ การแพร่กระจาย ต่อเนื่อง และความหนาแน่นของส่วนของของเหลวที่หยดลง มีการถ่ายโอน advective ของ พลังงานภายในไปยังตำแหน่งอื่นในของไหล หลังจากนั้นจะมีการแพร่ไปยังส่วนอื่นๆ ของ ของเหลว
กล่าวโดยย่อ การพาความร้อนขึ้นอยู่กับกระแสในของเหลวโดยเฉพาะ ในขณะที่การพาความร้อนเป็นกระบวนการที่กว้างขึ้นซึ่งมีการถ่ายเทความร้อนแบบกระจายด้วย ด้วยเหตุนี้ การเคลื่อนตัวจึงมีได้เฉพาะในก๊าซและของเหลวเท่านั้น และไม่สามารถทำได้ในของแข็ง