Konwekcja i promieniowanie cieplne

1. 1

   Start: powierzchnia Słońca, około $5500$ °C. Rozgrzana materia wysyła promieniowanie we wszystkie strony naraz — drobniutka część tego strumienia leci akurat w stronę Ziemi.

   $$\text{Słońce} \rightarrow \text{promieniowanie we wszystkie strony}$$
2. 2

   Etap pierwszy: przestrzeń kosmiczna. Prawie doskonała próżnia — nie ma cząsteczek, więc przewodnictwo jest niemożliwe, a konwekcja tym bardziej (nie ma czego unosić). Zostaje jedyny transport, który działa bez ośrodka.

   $$\text{próżnia: przewodnictwo NIE, konwekcja NIE, promieniowanie TAK}$$
3. 3

   Po około $8$ minutach i $150$ milionach kilometrów promieniowanie dolatuje do twojego okna. Część odbija się od szyby, część zostaje w szkle, a reszta przechodzi przez szybę i wpada do pokoju.

   $$t \approx 8\ \text{min}$$
4. 4

   Etap drugi: podłoga i dywan pochłaniają promieniowanie. Energia fali zamienia się w szybszy ruch cząsteczek — rośnie energia wewnętrzna dywanu, rośnie jego temperatura. Dlatego plama słońca na podłodze jest ciepła w dotyku, a miejsce obok nie.

   $$\text{pochłonięte promieniowanie} \rightarrow \text{wzrost energii wewnętrznej}$$
5. 5

   Etap trzeci: powietrze stykające się z nagrzanym dywanem ogrzewa się od niego, rozszerza, ma mniejszą gęstość i unosi się pod sufit. Chłodniejsze opada na jego miejsce. Rusza konwekcja i rozwozi energię po całym pokoju.

   $$\text{ogrzanie} \rightarrow \text{rozszerzenie} \rightarrow \text{mniejsza gęstość} \rightarrow \text{unoszenie}$$

Wszystkie 5 kroków odsłonięte.

1. 1

   Pora zebrać cały dział w jednym przedmiocie. Termos ma utrudnić przepływ energii, więc musi zablokować wszystkie trzy drogi naraz: przewodnictwo, konwekcję i promieniowanie. Zobaczmy, jak robi to z każdą z osobna.

   $$\text{cel: zatrzymać przewodnictwo + konwekcję + promieniowanie}$$
2. 2

   Zaglądamy do środka: w termosie jest naczynie w naczyniu — dwie ścianki, a powietrze spomiędzy nich zostało wypompowane. Między ściankami jest próżnia, taka sama jak w kosmosie.

   $$\text{ścianka} \mid \text{próżnia} \mid \text{ścianka}$$
3. 3

   Obrona pierwsza: przewodnictwo pokonane. Żeby energia szła od cząsteczki do cząsteczki, muszą istnieć cząsteczki. W próżni ich nie ma, więc łańcuszek urywa się na pierwszej ściance. Najlepszy izolator to brak materii.

   $$\text{brak cząsteczek} \rightarrow \text{brak przewodnictwa}$$
4. 4

   Obrona druga: konwekcja pokonana tym samym ruchem. Konwekcja potrzebuje gazu albo cieczy, które mogłyby unosić się i opadać. W próżni nie ma czego ogrzać, co mogłoby popłynąć w górę — krążenie nie ma z czego powstać.

   $$\text{brak gazu} \rightarrow \text{brak prądów konwekcyjnych}$$
5. 5

   Zostaje przeciwnik najtrudniejszy: promieniowanie, jedyne, które przez próżnię przechodzi bez przeszkód. Dlatego ścianki termosu są posrebrzane, lustrzane. Jasna, błyszcząca powierzchnia nie pochłania promieniowania, tylko odbija je z powrotem do środka.

   $$\text{lustrzana powłoka} \rightarrow \text{promieniowanie odbite}$$
6. 6

   Na koniec zostaje korek i wąska szyjka — jedyne miejsce, gdzie ścianki się stykają. Robi się je z tworzywa, czyli słabego przewodnika, i celowo wąskie. I gotowe: termos nie grzeje ani nie chłodzi, on tylko utrudnia przepływ energii w obie strony — dlatego trzyma i gorącą herbatę, i zimną lemoniadę.

   $$\text{termos: utrudnia przepływ w obie strony}$$

Wszystkie 6 kroków odsłonięte.