Ja jūs nododat roku tuvāk elektrolampamvai novietojiet roku virs karstās plīts, jūs varat sajust siltā gaisa plūsmu kustību. To pašu efektu var novērot, ja papīra lapa, kas novietota virs atklātas liesmas, svārstās. Abas sekas ir saistītas ar konvekciju.
Kas tas ir?
Konvekcijas fenomena pamatā ir vairākauksta viela saskarē ar karstām masām. Šādos apstākļos apsildītā viela zaudē savu blīvumu un kļūst vieglāka, salīdzinot ar apkārtējo auksto telpu. Precīzāk, šī fenomena īpašība atbilst siltuma plūsmu kustībai, kad tiek uzsildīts ūdens.
Molekulu kustība pretējos virzienosapkures ietekmē - tieši tā ir konvekcija. Radiācijas un siltuma vadītspēja ir līdzīgi procesi, bet tie galvenokārt attiecas uz siltumenerģijas nodošanu cietās daļās.
Spilgti konvekcijas piemēri - siltā kustībagaiss telpas vidū ar apsildes ierīcēm, kad apsildāmās plūsmas pārvietojas uz griestiem, un auksts gaiss nokļūst līdz paša grīdas virsmai. Tāpēc, kad apkure telpas augšpusē ir ieslēgta, gaiss ir ievērojami siltāks nekā telpas apakšā.
Arhimēda likums un fizisko ķermeņu termiskā izplešanās
Чтобы понять, что представляет собой естественная konvekcija ir pietiekami, lai apsvērtu procesu ar Archimedes likuma darbību un ķermeņa izplešanās fenomenu siltuma starojuma ietekmē. Tātad, saskaņā ar likumu, paaugstinot temperatūru, vienmēr palielinās šķidruma daudzums. Šķidrums, kas uzkarsēts no apakšas tvertnēs, palielinās, un attiecīgi lielāka blīvuma mitrums pārvietojas zemāk. Apsildes gadījumā no augšas paliek arvien biežāki šķidrumi, tādā gadījumā parādība nenotiks.
Koncepcijas rašanās
Pirmo reizi angļu valodas zinātnieks Viljams Prūts ierosināja terminu "konvekcija" 1834. gadā. To izmantoja, lai aprakstītu termisko masu kustību sildītos, kustīgos šķidrumos.
Первые теоретические исследования явления Konvekcija sākās tikai 1916. gadā. Eksperimentu laikā tika konstatēts, ka pāreja no difūzijas uz konvekciju šķidrumos, kas uzsildīti no apakšas, notiek, kad tiek sasniegtas noteiktas kritiskās temperatūras vērtības. Vēlāk šī vērtība saņēma "Roel numura" definīciju. Tā tika nosaukta pēc pētnieka, kas to pētīja. Eksperimentu rezultāti ļāva izskaidrot siltuma plūsmu kustību Archimedes spēku ietekmē.
Konvekcijas veidi
Konvekcija nav iespējama, ja tiek sakarsētas cietas vielas.Viss tāpēc, ka ir pietiekami spēcīga savstarpēja pievilcība, mainot to cietās daļiņas. Apkures rezultātā nenotiek cietas struktūras, konvekcijas un starojuma ķermeņi. Siltuma vadītspēja aizstāj šīs parādības šādās struktūrās un veicina siltumenerģijas pārnesi.
Atsevišķs veids ir tā sauktaiskapilāru konvekcija. Process notiek, kad šķidruma kustības laikā caur caurulēm temperatūra pazeminās. Dabiskos apstākļos šādas konvekcijas nozīme kopā ar dabisko un piespiedu konvekciju ir ārkārtīgi nenozīmīga. Tomēr kosmosa tehnoloģijās kapilārā konvekcija, starojums un materiālu siltuma vadītspēja kļūst par ļoti nozīmīgiem faktoriem. Pat vājākās konvekcijas kustības nulles gravitācijā rada grūtības dažu tehnisku problēmu īstenošanā.
Konvekcija zemes garozas slāņos
Konvekcijas procesi ir nesaraujami saistīti ardabiska gāzveida vielu veidošanās zemes garozas biezumā. Apsveriet globusu kā sfēru, kas sastāv no vairākiem koncentriskiem slāņiem. Pašā centrā ir masīva karsta serde, kas ir augsta blīvuma šķidruma masa, kas satur dzelzi, niķeli un citus metālus.
Apkārtējie slāņi zemes kodolam irlitosfēra un pusšķidra mantija. Globusa augšējais slānis ir tieši zemes garoza. Litosfēru veido no atsevišķām plāksnēm, kas atrodas brīvā kustībā, pārvietojoties pa šķidrā apvalka virsmu. Dažādu apvalka daļu un iežu nevienmērīgas karsēšanas laikā, kas atšķiras pēc sastāva un blīvuma, veidojas konvekcijas plūsmas. Tieši šādu plūsmu ietekmē notiek dabiska okeāna dibena pārveidošanās un nesošo kontinentu pārvietošanās.
Konvekcijas un siltuma vadītspējas atšķirības
Siltumvadītspēja jāsaprot kāfizisko ķermeņu spēja pārnest siltumu, pārvietojoties atomu un molekulārajiem savienojumiem. Metāli ir lieliski siltuma vadītāji, jo to molekulas ir cieši saistītas viena ar otru. Gluži pretēji, gāzveida un gaistošās vielas ir slikti siltuma vadītāji.
Kā notiek konvekcija?Procesa fizika balstās uz siltuma pārnesi vielu molekulu masas brīvas kustības dēļ. Savukārt siltuma vadītspēja ir tikai enerģijas pārnešanā starp fiziskā ķermeņa sastāvdaļām. Tomēr gan viens, gan otrs process nav iespējams bez vielas daļiņu klātbūtnes.
Parādības piemēri
Atrodas ledusskapja aizmugurērežģis spēlē elementa lomu, kas atvieglo siltā gaisa noņemšanu, kas gāzes saspiešanas laikā veidojas iekārtas kompresorā. Režģa dzesēšana balstās arī uz konvekcijas mehānismiem. Šī iemesla dēļ nav ieteicams pārblīvēt vietu aiz ledusskapja. Galu galā tikai šajā gadījumā dzesēšana var notikt bez grūtībām.
Citus konvekcijas piemērus var redzēt, novērojotaiz tādas dabas parādības kā vēja kustība. Sildot sausos kontinentos un atdziestot smagākā reljefā, gaisa straumes sāk izspiest viens otru, kas noved pie to kustības, kā arī mitruma un enerģijas kustības.
Konvekcija ir saistīta ar iespēju putniem lidināties unplanieri. Mazāk blīvas un siltākas gaisa masas ar nevienmērīgu sasilšanu uz Zemes virsmas noved pie augšupejošu straumju veidošanās, kas veicina tvaicēšanas procesu. Lai pārvarētu maksimālos attālumus, neiztērējot spēku un enerģiju, putniem nepieciešama spēja atrast šādas straumes.
Labi konvekcijas piemēri ir dūmu rašanāsskursteņi un vulkāniskie krāteri. Dūmu kustība uz augšu ir balstīta uz augstāku temperatūru un zemāku blīvumu, salīdzinot ar vidi. Atdziestot, dūmi pamazām nosēžas atmosfēras lejasdaļā. Šī iemesla dēļ rūpnieciskās caurules, caur kurām atmosfērā nonāk kaitīgas vielas, tiek izgatavotas pēc iespējas augstāk.
Visizplatītākie konvekcijas piemēri dabā un tehnoloģijā
Starp vienkāršākajiem, saprotamākajiem piemēriem, kurus var novērot dabā, ikdienas dzīvē un tehnoloģijās, jāuzsver:
- gaisa plūsmu kustība sadzīves apkures akumulatoru darbības laikā;
- mākoņu veidošanās un kustība;
- vēja, musonu un vēja kustības process;
- tektonisko zemes plākšņu pārvietošana;
- procesi, kas noved pie brīvas gāzes veidošanās.
Ēdienu gatavošana
Arvien biežāk konvekcijas fenomens tiek realizētsmoderna sadzīves tehnika, it īpaši krāsnīs. Konvekcijas gāzes skapis ļauj vienlaikus gatavot dažādus ēdienus atsevišķos līmeņos dažādās temperatūrās. Tajā pašā laikā garšu un smaržu sajaukšana ir pilnībā izslēgta.
Gaisa sildīšana tradicionālā krāsnīir balstīta uz viena degļa darbību, kas noved pie nevienmērīgas siltuma sadales. Sakarā ar mērķtiecīgu karstā gaisa plūsmu kustību, izmantojot specializētu ventilatoru, konvekcijas krāsnī esošie ēdieni ir sulīgāki un labāk cepti. Šīs ierīces ātrāk uzsilst, kas samazina gatavošanai nepieciešamo laiku.
Protams, mājsaimniecēm, kas gatavo ēstkrāsni tikai dažas reizes gadā, sadzīves tehniku ar konvekcijas funkciju nevar saukt par būtisku tehniku. Tomēr tiem, kas nevar iztikt bez kulinārijas eksperimentiem, šāda ierīce virtuvē kļūs vienkārši neaizstājama.
Mēs ceram, ka iesniegtais materiāls jums bija noderīgs. Visu to labāko!
