Pojav konvekcije in primeri konvekcije

Če pripnete svojo roko bližje žarnici ali položite roko čez vročo ploščo, lahko občutite premikanje toplega toka zraka. Enak učinek je mogoče opaziti z zamahom lista papirja, nameščenega na odprtem plamenu. Oba učinka sta pojasnjena s konvekcijo.

Kaj je to?

V osrčju fenomena konvekcije leži ekspanzija hladnejše snovi, ko pride v stik z vročimi masami. V takih okoliščinah segreta snov izgubi gostoto in postane lažja v primerjavi z okoliškim hladnim prostorom. Najbolj natančno, ta značilnost tega pojava ustreza gibanju toplotnih tokov, ko voda segreje.

Premikanje molekul v nasprotnih smereh pod vplivom segrevanja je ravno na osnovi konvekcije. Sevanje, toplotna prevodnost so podobni procesi, vendar se nanašajo predvsem na prenos toplotna energija v trdnih delih.

Izrazi primeri konvekcije so gibanje toplega zraka sredi prostora z radiatorji, ko se segrejejo tokovi pod stropom, hladni zrak pa se spusti na tla. Zato je ob vklopu ogrevanja na vrhu sobe zrak precej toplejši od spodnjega dela prostora.

Arhimedov zakon in toplotno širjenje fizičnih teles

Da bi razumeli, kakšna je naravna konvekcija, je dovolj, da se proces obravnava na primer z delovanjem arhimedske zakonodaje in pojava razširitve teles pod vplivom toplotnega sevanja. Torej, po zakonu, povišanje temperature nujno vodi do povečanja volumna tekočine. Tekočina, segreta od spodaj v rezervoarje, se dvigne višje in vlaga večje gostote se premakne nižje. V primeru ogrevanja od zgoraj, ostanejo vedno manj gostih tekočin na svojih mestih, v tem primeru se ne pojavijo nobeni pojavi.

Pojav koncepta

Izraz "konvekcija" je najprej predlagal angleški znanstvenik William Prut leta 1834. Uporabili smo ga za opis gibanja toplotnih mas v segretih, premikajočih se tekočinah.

Prve teoretične raziskave fenomena konvekcije so se začele šele leta 1916. V poskusih je bilo ugotovljeno, da prehod iz difuzije v konvekcijo v tekočinah, ki se segrevajo od spodaj, pride, ko dosežemo določene kritične vrednosti temperature. Kasneje je bila ta vrednost opredeljena kot "številka Roel". Imenovan je bil po raziskovalcu, ki ga je študiral. Rezultati eksperimentov so omogočili razlago gibanja toplotnih tokov pod vplivom sil Arhimedesa.

Vrste konvekcije

Obstaja več tipov pojavov, ki jih opisujemo - naravna in prisilna konvekcija. Primer gibljivih tokov vročega in hladnega zraka sredi prostora je najboljši način za karakterizacijo procesa naravne konvekcije. Kar se tiče prisilnega, lahko opazimo z mešanjem tekočine z žlico, črpalko ali mešalnikom.

Konvekcija je nemogoča, ko se trdne snovi segrejejo. Vse je kriva za močno vzajemno privlačnost z vibracijami njihovih trdnih delcev. Zaradi segrevanja teles trdne strukture se ne pojavijo konvekcije in sevanja. Toplotna prevodnost nadomešča te pojave v takšnih telesih in spodbuja prenos toplotne energije.

Tako imenovana kapilarna konvekcija je ločena vrsta. Med pretokom tekočine skozi cevi je proces s padci temperature. V naravnih razmerah je pomembnost takšne konvekcije, skupaj z naravnim in prisilnim, nepomembna. Vendar pa v vesoljski tehnologiji postanejo zelo pomembni dejavniki kapilarna konvekcija, sevanje in toplotna prevodnost materialov. Celo najšibkejša konvektivna gibanja v pogojih breztežnosti povzročajo težave pri uresničevanju določenih tehničnih težav.

Konvekcija v plasteh zemeljske skorje

Procesi konvekcije so neločljivo povezani z naravno tvorbo plinastih snovi v debelini Zemljina skorja. Razmislite globus je možno kot krogla, sestavljena iz več koncentričnih plasti. V središču je masivno vroče jedro, ki je tekoča masa visoke gostote z železom, niklom in drugimi kovinami.

Okoljski sloji za zemeljsko jedro iztisnejo litosfero in poltokritno plašč. Zgornja plast sveta je neposredno zemlja skorja. Litosfera je sestavljena iz posameznih plošč, ki so v prostem gibanju, ki se gibljejo vzdolž površine tekočine. Med neenakomernim segrevanjem različnih delov plašča in kamnin, ki se razlikujejo po različnih sestavi in ​​gostoti, se oblikujejo konvektivni tokovi. Pod takimi tokovi je pod vplivom naravne preobrazbe oceanskega dna in gibanja nosilnih kontinentov.

Razlike v konvekciji pri toplotni prevodnosti

Toplotno prevodnost je treba razumeti kot sposobnost fizičnih teles za prenos toplote s premikom atomskih in molekularnih spojin. Kovine so odlični prevodniki toplote, saj so njihove molekule v neločljivem stiku med seboj. Nasprotno, plinaste in hlapne snovi delujejo kot slabi toplotni vodniki.

Kako se pojavi konvekcija? Fizika procesa temelji na prenosu toplote zaradi prostega gibanja mase molekul snovi. Po drugi strani je toplotna prevodnost zgolj v prenosu energije med sestavnimi delci fizičnega telesa. Vendar pa sta oba postopka nemogoča brez prisotnosti delcev snovi.

Primeri tega pojava

Najpreprostejši in najbolj dostopen primer konvekcije je lahko proces delovanja navadnega hladilnika. Kroženje hladnega Freona plina skozi cevi hladilne komore povzroči znižanje temperature zgornjih plasti zraka. Zato zamenjamo toplejše tokove, hladne spustimo in s tem hlajimo izdelke.

Nahaja se na zadnji plošči hladilnika, grill deluje kot element, ki olajša odstranitev toplega zraka, ki je nastal v kompresorju naprave med stiskanjem plina. Hlajenje rešetk temelji tudi na konvektivnih mehanizmih. Zaradi tega ni priporočljivo, da bi prostor za hladilnikom pretresel. Konec koncev, le v tem primeru lahko hlajenje poteka brez težav.

Druge primere konvekcije je mogoče opaziti tako, da opazujemo tak naravni pojav kot gibanje vetra. Ogrevanje nad sušnimi celinami in hlajenje po terenu s hujšimi razmerami se zračni tokovi med seboj premikajo, kar vodi k njihovemu gibanju, pa tudi gibanju vlage in energije.

Pri konvekciji je vezana možnost lebdečih ptic in jadralcev. Manj gosta in toplejša zračne mase z neenakomernim segrevanjem na površini Zemlje povzroči naraščajoče tokove, kar prispeva k procesu naraščanja. Da bi premagali največje razdalje brez porabe energije in energije, ptice potrebujejo možnost, da najdejo podobne tokove.

Dobri primeri konvekcije so tvorjenje dimov v dimnikih in vulkanskih kraterjih. Premikanje dima temelji na višji temperaturi in nižji gostoti v primerjavi z okoljem. Pri hlajenju se dima postopoma usede v spodnje plasti atmosfere. Zato iz industrijskih cevi, skozi katere se sprosti sproščanje škodljive snovi v ozračju, kar najvišji možni.

Najpogostejši primeri konvekcije v naravi in ​​tehnologiji

Med najpreprostejšimi in razumljivimi primeri, ki jih je mogoče opaziti v naravi, življenju in tehnologiji, je treba omeniti:

• gibanje zračnih tokov med delovanjem domačih radiatorjev;
• nastanek in gibanje oblakov;
• proces vetra, monsun in vetrič;
• premik tektonskih zemeljskih plošč;
• procesov, ki vodijo do prostega pridobivanja plina.

Kuhanje

Vse pogosteje se pojav konvekcije udejanja v sodobnih gospodinjskih aparatih, še posebej v pečicah. Plinska omara s konvekcijo omogoča kuhanje različnih posod istočasno na različnih ravneh pri različnih temperaturah. Hkrati je mešanje okusov in vonjav popolnoma izključeno.

Ogrevanje zraka v tradicionalni pečici temelji na delovanju enega gorilnika, kar ima za posledico neenakomerno porazdelitev toplote. Zaradi namernega pretoka toplega zraka s pomočjo specializiranega ventilatorja so posode v konvekcijski peči bolj sočne, bolje pražene. Takšne naprave se hitro segrejejo, kar vam omogoča, da zmanjšate čas, potreben za kuhanje.

Seveda gospodinjski aparat s konvekcijsko funkcijo za gospodinje, ki se pečice kuhajo le nekajkrat na leto, ne moremo imenovati tehnika prve potrebe. Toda za tiste, ki ne morejo živeti brez kulinaričnih eksperimentov, bo taka naprava v kuhinji postala preprosto nenadomestljiva.

Upamo, da bo predstavljeni material koristen za vas. Vse najboljše!