Plik konwekcyjne przenoszenie ciepła Występuje poprzez ruch płynu, który może być gazem lub cieczą. Gdy gęstość maleje wraz ze wzrostem temperatury, cieplejsze masy płynu rosną, podczas gdy chłodniejsze części opadają. W ten sposób powstaje masowy ruch płynu, przez który ciepło jest transportowane z jednej strony na drugą..
Jest to cecha, która odróżnia konwekcję od przewodzenia i promieniowania, ponieważ w konwekcji zawsze występuje przemieszczenie netto mas. Z drugiej strony, promieniowanie nie wymaga do rozprzestrzeniania się ośrodka materialnego, a jeśli chodzi o transmisję przez przewodzenie, jest wynikiem kolejnych zderzeń między atomami i cząsteczkami, bez netto ruchu materii..
Jednak na poziomie atmosfery i oceanów łatwo jest dojść do przemieszczeń dużych mas powietrza i wody. Dlatego konwekcja jest dominującym mechanizmem przesyłu energii w tych mediach i to ona w dużej mierze determinuje klimat Ziemi..
W domowej kuchni z bliska widać mechanizmy wymiany ciepła. Wystarczy podgrzać wodę w rondelku. Część płynu znajdująca się najbliżej płomienia palnika nagrzewa się, jej gęstość maleje i unosi się. Jego miejsce zajmuje zimniejsza woda, która opada na dno garnka..
Indeks artykułów
Kiedy część płynu jest podgrzewana, jego cząsteczki poruszają się szybciej i oddalają się od siebie. Z tego powodu płyn w wyższej temperaturze staje się mniej gęsty i może unosić się w wyniku flotacji, przenosząc ze sobą ciepło..
Następnie chłodniejsza masa płynu zajmuje miejsce pozostawione przez te wznoszące się cząsteczki i ta ciągła wymiana generuje wezwania prądy konwekcyjne.
Można to osiągnąć na dwa sposoby: przez konwekcję naturalną (swobodną) lub konwekcję wymuszoną. Obie formy konwekcji występują również w systemach centralnego ogrzewania lub w elektrowniach słonecznych..
Z czego składa się każdy z nich wyjaśniono poniżej:
W tym mechanizmie ciepło przepływa tylko dzięki temu, że różnica temperatur omawianego płynu w obecności ziemskiej grawitacji powoduje zmianę gęstości, która powoduje unoszenie się najgorętszej części i opadanie części chłodniejszej. Bez grawitacji nie ma konwekcji naturalnej.
W laboratorium przeprowadza się prosty eksperyment, który pozwala na wizualizację tych prądów konwekcji naturalnej, gdy powstają w wodzie.
Wymagana jest szklana rura wygięta w kwadrat lub prostokąt i barwnik, który uwidacznia prądy wstępne. Zwykle jest to nadmanganian potasu, który zabarwia wodę na fioletowo lub krople atramentu.
Teraz jeden z dolnych rogów rury jest podgrzewany, a gęstość części wody tuż nad płomieniem maleje i rośnie, zastępując ją porcją chłodniejszej wody..
Ten proces ciągłej wymiany między ciepłą a zimną wodą generuje prąd konwekcyjny w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, który jest obserwowany dzięki fioletowemu barwnikowi, jak pokazano na powyższym rysunku..
Płyn może być również zmuszony do cyrkulacji, aby przenosić ciepło, zamiast pozwalać na naturalne występowanie prądów konwekcyjnych z powodu różnicy w gęstości..
Gdy konwekcja zachodzi dzięki zewnętrznym mediom, które napędzają płyn, takim jak wentylator czy pompa, jest to konwekcja wymuszona. Płyn może być zmuszony do przepływu przez rurę, tak jak w instalacjach centralnego ogrzewania domów, chłodnicy samochodu lub w bardziej otwartej przestrzeni, dzięki wentylatorowi łopatek.
Instalacja centralnego ogrzewania w domu wykorzystuje konwekcyjną wymianę ciepła w wodzie.
W tym celu gorąca woda musi być rozprowadzana rurami pod podłogą z centralnego kotła. W ten sposób woda oddaje ciepło do grzejników lub grzejników, skąd ciepło przechodzi do pomieszczeń, a zimna woda wraca ponownie do kotła, aby powtórzyć cykl..
Jak widać, w mechanizmie centralnego ogrzewania występuje konwekcja naturalna i wymuszona..
Źródła ciepła takie jak grzejniki ogrzewają otaczające je powietrze i unosi się ono, podczas gdy powietrze z góry opada, wytwarzając konwekcyjne prądy powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu.
Za każdym razem, gdy jedzenie jest gotowane w wodzie lub moczone w oleju do smażenia, jest gotowane przez konwekcyjnie przenoszone ciepło.
Podczas pasteryzacji mleko i inne płynne potrawy są podgrzewane do wysokich temperatur przez określony czas, w zależności od zastosowanego wariantu pasteryzacji. Ma to na celu wyeliminowanie bakterii i zwiększenie trwałości produktu..
W takich przypadkach konwekcja jest głównym mechanizmem wymiany ciepła, chociaż nie wyklucza się innych mechanizmów, takich jak przewodzenie..
Prądy konwekcyjne w atmosferze powodują wiatry. Prądy te powstają z powodu wielu czynników, w tym faktu, że powierzchnia Ziemi nagrzewa się nierównomiernie..
Na przykład w ciągu dnia plaża nagrzewa się bardziej niż woda morska, więc wypór powoduje, że powietrze nad plażą unosi się, a jego miejsce zajmuje chłodniejsze powietrze pochodzące z morza..
Ale w nocy proces przebiega odwrotnie, ponieważ plaża traci ciepło szybciej niż woda, a cieplejsze powietrze jest kierowane w kierunku morza. Dlatego w nocnym ognisku na plaży dym przesuwa się w kierunku morza, a jeśli ogień rozpala się w ciągu dnia, to w kierunku lądu.
Ziemia składa się z warstw, a rdzeń ma zewnętrzną warstwę wysokotemperaturową, która nie ulega zestaleniu. Ruch planety powoduje powstawanie w tym płynie prądów konwekcyjnych, które uważa się za odpowiedzialne za pole magnetyczne Ziemi..
Pola magnetyczne są spowodowane obecnością poruszających się ładunków elektrycznych. Jony i naładowane cząstki obecne w rdzeniu zewnętrznym są w stanie wytworzyć to pole, ponieważ ruchy planet powodują, że cząstki te zachowują się podobnie do małych pętli prądowych (obwody zamknięte)..
Naukowcy odkryli korelację między natężeniem pola magnetycznego a prędkością obrotu planety. Uważa się, że słabe pole magnetyczne Wenus ze względu na jej prędkość obrotową jest wolniejsze niż Jowisza, którego pole magnetyczne jest znacznie bardziej intensywne.
Jeszcze bez komentarzy