Zjawisko konwekcji i przykłady konwekcji
Jeśli zbliżysz swoją rękę do dołączonej żarówkilub umieść dłoń nad gorącą płytką, możesz poczuć ruch ciepłych przepływów powietrza. Ten sam efekt można zaobserwować przy przechylaniu arkusza papieru umieszczonego nad otwartym płomieniem. Oba efekty wyjaśnia konwekcja.
Co to jest?
Zjawisko konwekcji opiera się na ekspansjizimna materia w kontakcie z gorącymi masami. W takich okolicznościach nagrzana substancja traci swoją gęstość i staje się lżejsza w porównaniu z otaczającą zimną przestrzenią. Najdokładniej ta charakterystyka zjawiska odpowiada ruchowi strumieni ciepła, gdy woda jest podgrzewana.
Ruch cząsteczek w przeciwnych kierunkachpod wpływem ogrzewania - na tym właśnie opiera się konwekcja. Promieniowanie, przewodzenie ciepła są podobnymi procesami, ale dotyczą one głównie transferu energii cieplnej w ciałach stałych.
Jasne przykłady konwekcji - ruchome ciepłopowietrze w środku pomieszczenia z grzejnikami, gdy podgrzewane strumienie przemieszczają się do sufitu, a zimne powietrze zstępuje na samą powierzchnię podłogi. Dlatego kiedy ogrzewanie jest włączone w górnej części pomieszczenia, powietrze jest znacznie cieplejsze niż w dolnej części pomieszczenia.
Prawo Archimedesa i termiczna ekspansja ciał fizycznych
Aby zrozumieć, co naturalnekonwekcja, wystarczy rozważyć proces na przykładzie działania prawa Archimedesa i zjawiska ekspansji ciał pod wpływem promieniowania cieplnego. Tak więc, zgodnie z prawem, wzrost temperatury koniecznie prowadzi do zwiększenia objętości cieczy. Ciecz podgrzana od dołu w zbiornikach podnosi się, a wilgotność o większej gęstości, odpowiednio, zmniejsza się. W przypadku ogrzewania od góry, na ich miejscu pozostaną coraz gęstsze ciecze, w takim przypadku nie wystąpią żadne zjawiska.
Pojawienie się koncepcji
Termin "konwekcja" został po raz pierwszy zaproponowany przez angielskiego naukowca Williama Pruta w 1834 roku. Użyto go do opisania przemieszczania się mas termicznych w gorących, poruszających się cieczach.
Pierwsze teoretyczne badania tego zjawiskakonwekcja rozpoczęła się dopiero w 1916 roku. W trakcie eksperymentów ustalono, że przejście od dyfuzji do konwekcji w cieczach ogrzewanych od dołu następuje po osiągnięciu pewnych krytycznych wartości temperatury. Później ta wartość została zdefiniowana jako "liczba Roela". Został tak nazwany na cześć badacza, który go studiował. Wyniki eksperymentów pozwoliły wyjaśnić ruch strumieni ciepła pod wpływem sił Archimedesa.
Rodzaje konwekcji
Konwekcja jest niemożliwa, gdy ciała stałe są ogrzewane. To wszystko jest winne za silne wzajemne przyciąganie się wibracją ich stałych cząstek. W wyniku nagrzewania ciał o stałej strukturze, konwekcja i promieniowanie nie występują. Przewodność cieplna zastępuje te zjawiska w takich ciałach i promuje transfer energii cieplnej.
Osobny widok to tzwkonwekcja kapilarna. Istnieje proces z kroplami temperatury podczas przepływu cieczy przez rury. W warunkach naturalnych znaczenie takiego konwekcji, wraz z naturalnym i wymuszonym, jest nieistotne. Jednak w technologii kosmicznej konwekcja kapilarna, promieniowanie i przewodność cieplna materiałów stają się bardzo ważnymi czynnikami. Nawet najsłabsze ruchy konwekcyjne w warunkach nieważkości prowadzą do trudności w realizacji pewnych problemów technicznych.
Konwekcja w warstwach skorupy ziemskiej
Procesy konwekcji są nierozerwalnie związane znaturalne tworzenie się substancji gazowych w grubości skorupy ziemskiej. Rozważ świat jako kulę składającą się z kilku koncentrycznych warstw. Pośrodku znajduje się masywny gorący rdzeń, który jest płynną masą o wysokiej gęstości z żelazem, niklem i innymi metalami.
Otaczające warstwy dla rdzenia Ziemi sąlitosfera i półpłynny płaszcz. Górna warstwa globu jest bezpośrednio skorupą ziemską. Litosfera jest tworzona z pojedynczych płytek, które poruszają się swobodnie, poruszając się po powierzchni płynnego płaszcza. Podczas nierównych płaszcz grzejny różnych części i skały, które różnią się składzie i różnej gęstości, powstawanie prądów konwekcyjnych. Pod wpływem takich przepływów następuje naturalna transformacja dna oceanicznego i ruch kontynentów łożysk.
Różnice konwekcji od przewodzenia ciepła
Przewodność cieplna powinna być zrozumiałaZdolność ciał fizycznych do przenoszenia ciepła przez ruch związków atomowych i molekularnych. Metale są doskonałym przewodnikiem ciepła, ponieważ ich cząsteczki są ze sobą nierozerwalnie połączone. Wręcz przeciwnie, substancje gazowe i lotne działają jak kiepskie przewodniki ciepła.
Jak przebiega konwekcja? Fizyka procesu opiera się na przenoszeniu ciepła ze względu na swobodny ruch masy cząsteczek substancji. Z kolei przewodnictwo cieplne polega wyłącznie na przenoszeniu energii między cząstkami ciała fizycznego. Jednak oba procesy są niemożliwe bez obecności cząstek materii.
Przykłady zjawiska
Znajduje się z tyłu lodówkiKrata odgrywa rolę elementu przyczyniającego się do usuwania ciepłego powietrza wytwarzanego w sprężarce urządzenia podczas sprężania gazu. Chłodzenie kratowe opiera się również na mechanizmach konwekcyjnych. Z tego powodu nie zaleca się zagracania przestrzeni za lodówką. Wszakże tylko w tym przypadku chłodzenie może odbywać się bez trudności.
Inne przykłady konwekcji można zaobserwować obserwującDla takiego zjawiska naturalnego jak ruch wiatru. Ocieplenie na suchych kontynentach i ochładzanie terenu w trudniejszych warunkach powoduje, że strumienie powietrza zaczynają się wzajemnie przemieszczać, co prowadzi do ich ruchu, a także ruchu wilgoci i energii.
Konwekcja wiązała się z możliwością unoszenia się ptaków iszybowce. Mniej gęste i cieplejsze masy powietrza o nierównomiernym grzaniu na powierzchni Ziemi prowadzą do powstawania wznoszących się strumieni, co przyczynia się do procesu szybowania. Aby pokonać maksymalne odległości bez wydatku energii i energii, ptaki potrzebują umiejętności znalezienia podobnych przepływów.
Dobrymi przykładami konwekcji są powstawanie dymukominy i kratery wulkaniczne. Przesunięcie dymu opiera się na jego wyższej temperaturze i niższej gęstości w porównaniu do środowiska. Podczas chłodzenia dym stopniowo osiada w niższych warstwach atmosfery. Z tego powodu rury przemysłowe, przez które szkodliwe substancje są uwalniane do atmosfery, są wytwarzane tak wysoko, jak to tylko możliwe.
Najczęstsze przykłady konwekcji w przyrodzie i technologii
Wśród najprostszych, zrozumiałych przykładów, które można zaobserwować w przyrodzie, życiu i technologii, należy zauważyć:
- ruch prądów powietrza podczas pracy domowych grzejników;
- tworzenie się i ruch chmur;
- proces wiatru, monsunu i wiatru;
- przemieszczenie tektonicznych płytek uziemienia;
- procesy, które prowadzą do darmowego generowania gazu.
Gotowanie
Coraz częściej zjawisko konwekcji realizowane jest wnowoczesne urządzenia gospodarstwa domowego, w szczególności w piekarnikach. Szafka gazowa z konwekcją umożliwia jednoczesne gotowanie różnych potraw na oddzielnych poziomach w różnych temperaturach. Jednocześnie całkowite wykluczenie mieszania smaków i zapachów.
Ogrzewanie powietrzem w tradycyjnym piekarnikuW oparciu o działanie pojedynczego palnika, co prowadzi do nierównomiernego rozkładu ciepła. Ze względu na celowy ruch strumieni gorącego powietrza za pomocą specjalistycznego wentylatora, naczynia w piecu konwekcyjnym są bardziej soczyste, lepiej palone. Takie urządzenia szybko się nagrzewają, co pozwala skrócić czas gotowania.
Oczywiście dla gospodyń domowych, które gotująpiekarnik tylko kilka razy w roku, urządzenia gospodarstwa domowego z funkcją konwekcji nie można nazwać technologii Essentials. Jednak dla tych, którzy nie mogą żyć bez eksperymentów kulinarnych, takie urządzenie byłoby po prostu niezbędne w kuchni.
Mamy nadzieję, że przedstawiony materiał był dla Ciebie przydatny. Wszystko co najlepsze!
