Ak priblížite ruku k zapnutej žiarovkealebo položte dlaň na horúci sporák, cítite pohyb prúdov teplého vzduchu. Rovnaký účinok je možné pozorovať pri vibrovaní listu papiera umiestneného nad otvoreným plameňom. Oba efekty sa pripisujú konvekcii.
Čo je to?
Konvekčný jav je založený na rozšírení ďalšíchstudená látka v kontakte s horúcimi masami. Za takýchto okolností ohrievaná látka stráca svoju hustotu a v porovnaní s okolitým chladným priestorom sa stáva ľahšou. Táto charakteristika javu najpresnejšie zodpovedá pohybu tepelných tokov pri zahrievaní vody.
Pohyb molekúl v opačných smerochpod vplyvom tepla je presne to, na čom je založené prúdenie. Žiarenie, tepelná vodivosť sú podobné procesy, týkajú sa však predovšetkým prenosu tepelnej energie v pevných látkach.
Pozoruhodnými príkladmi konvekcie sú pohyb teplavzduch uprostred miestnosti s vykurovacími zariadeniami, keď sa vyhrievané prúdy pohybujú k stropu a studený vzduch klesá na samotný povrch podlahy. Preto keď je v hornej časti miestnosti zapnuté kúrenie, vzduch je v porovnaní so spodnou časťou miestnosti znateľne teplejší.
Archimedov zákon a tepelná rozťažnosť fyzických telies
Aby sme pochopili, čo je prirodzenékonvekcia, stačí uvažovať o procese na príklade pôsobenia Archimedovho zákona a fenoménu rozpínania telies pod vplyvom tepelného žiarenia. Podľa zákona teda zvýšenie teploty nevyhnutne vedie k zvýšeniu objemov kvapaliny. Tekutina zahrievaná zospodu v nádobách stúpa vyššie a vlhkosť s vyššou hustotou sa teda pohybuje nižšie. V prípade zahrievania zhora zostanú na svojich miestach stále menej husté kvapaliny, v takom prípade k javu nedôjde.
Vznik koncepcie
Pojem „konvekcia“ po prvýkrát navrhol anglický vedec William Pruth v roku 1834. Bol použitý na opis pohybu tepelných hmôt vo vyhrievaných, pohybujúcich sa kvapalinách.
Prvé teoretické štúdie javuKonvekcia sa začala až v roku 1916. Počas experimentov sa zistilo, že prechod z difúzie na konvekciu v kvapalinách zahrievaných zospodu nastáva, keď sa dosiahnu niektoré kritické hodnoty teploty. Neskôr bola táto hodnota definovaná ako „Roelovo číslo“. Názov dostal podľa výskumníka, ktorý ho študoval. Výsledky experimentov umožnili vysvetliť pohyb tepelných tokov pod vplyvom Archimedových síl.
Konvekčné typy
Pri zahrievaní pevných látok nie je možná konvekcia.Za všetko môže pomerne silná vzájomná príťažlivosť, keď ich tuhé častice vibrujú. V dôsledku zahrievania telies pevnej štruktúry nedochádza k prúdeniu a žiareniu. Tepelná vodivosť nahrádza uvedené javy v takýchto telách a podporuje prenos tepelnej energie.
Samostatným typom sú tzvkapilárna konvekcia. Tento proces prebieha, keď teplota klesne počas pohybu kvapaliny potrubím. V prírodných podmienkach je význam takejto konvekcie spolu s prirodzenou a nútenou konvekciou extrémne zanedbateľný. V kozmickej technológii sa však kapilárna konvekcia, žiarenie a tepelná vodivosť materiálov stávajú veľmi významnými faktormi. Aj najslabšie konvektívne pohyby v nulovej gravitácii vedú k ťažkostiam pri implementácii niektorých technických problémov.
Konvekcia vo vrstvách zemskej kôry
Konvekčné procesy sú neoddeliteľne spojené sprirodzená tvorba plynných látok v hrúbke zemskej kôry. Považujte zemeguľu za guľu pozostávajúcu z niekoľkých sústredných vrstiev. V samom strede je obrovské horúce jadro, ktoré je kvapalnou hmotou s vysokou hustotou obsahujúcou železo, nikel a ďalšie kovy.
Okolité vrstvy pre zemské jadro súlitosféra a polotekutý plášť. Vrchná vrstva zemegule je priamo zemská kôra. Litosféra je vytvorená z jednotlivých dosiek, ktoré sú vo voľnom pohybe a pohybujú sa po povrchu kvapalného plášťa. V priebehu nerovnomerného zahrievania rôznych častí plášťa a hornín, ktoré sa líšia svojim zložením a hustotou, sa vytvárajú konvekčné toky. Pod vplyvom takýchto tokov dochádza k prirodzenej transformácii dna oceánu a pohybu nosných kontinentov.
Rozdiely medzi konvekciou a tepelnou vodivosťou
Tepelnú vodivosť treba chápať akoschopnosť fyzických telies prenášať teplo pohybom atómových a molekulárnych zlúčenín. Kovy sú vynikajúcimi vodičmi tepla, pretože ich molekuly sú navzájom v tesnom kontakte. Plynné a prchavé látky sú naopak zlými tepelnými vodičmi.
Ako prebieha konvekcia?Fyzika procesu je založená na prenose tepla v dôsledku voľného pohybu hmoty molekúl látok. Tepelná vodivosť je zase výlučne v prenose energie medzi časticami fyzického tela. Jeden aj druhý proces je však nemožný bez prítomnosti častíc hmoty.
Príklady javu
Nachádza sa na zadnej strane chladničkyrošt hrá úlohu prvku, ktorý uľahčuje odstránenie teplého vzduchu vytvoreného v kompresore jednotky počas stlačenia plynu. Chladenie roštu je založené aj na konvekčných mechanizmoch. Z tohto dôvodu sa neodporúča zaplniť priestor za chladničkou. Koniec koncov, iba v tomto prípade môže chladenie prebiehať bez ťažkostí.
Ďalšie príklady konvekcie je možné vidieť pozorovanímza takým prírodným úkazom, akým je pohyb vetra. Zahrievaním nad suchými kontinentmi a ochladzovaním v náročnejších terénoch sa vzdušné prúdy začnú navzájom vytesňovať, čo vedie k ich pohybu, ako aj k pohybu vlhkosti a energie.
Konvekcia je viazaná na možnosť vznášania sa vtákov aklzáky. Menej husté a teplejšie vzduchové hmoty s nerovnomerným zahrievaním na zemskom povrchu vedú k vzniku stúpavých prúdov, čo prispieva k procesu vapovania. Aby vtáky prekonali maximálne vzdialenosti bez vynaloženia sily a energie, potrebujú schopnosť nájsť také prúdy.
Dobrými príkladmi prúdenia je vytváranie dymu vkomíny a sopečné krátery. Pohyb dymu nahor je založený na jeho vyššej teplote a nižšej hustote v porovnaní s prostredím. Ako sa ochladzuje, dym sa postupne usádza do nižšej atmosféry. Z tohto dôvodu sú priemyselné potrubia, cez ktoré sa do atmosféry uvoľňujú škodlivé látky, vyrobené tak vysoko, ako je to možné.
Najbežnejšie príklady prúdenia v prírode a technológiách
Medzi najjednoduchšími a zrozumiteľnými príkladmi, ktoré je možné pozorovať v prírode, každodennom živote a technológiách, stojí za to zdôrazniť:
- pohyb prúdov vzduchu počas prevádzky domácich vykurovacích batérií;
- tvorba a pohyb mrakov;
- proces pohybu vetra, monzúnov a vánku;
- posun tektonických zemských dosiek;
- procesy, ktoré vedú k voľnej tvorbe plynu.
Varenie jedla
V sa stále častejšie realizuje fenomén konvekciemoderné domáce spotrebiče, najmä v peciach. Konvekčná plynová skrinka vám umožňuje variť rôzne jedlá súčasne na rôznych úrovniach pri rôznych teplotách. Miešanie chutí a vôní je pritom úplne vylúčené.
Ohrievanie vzduchu v tradičnej rúreje založená na prevádzke jedného horáka, čo vedie k nerovnomernému rozloženiu tepla. Vďaka cielenému pohybu prúdov horúceho vzduchu pomocou špecializovaného ventilátora sú jedlá v konvekčnej rúre šťavnatejšie a lepšie sa pečú. Tieto zariadenia sa zahrievajú rýchlejšie, čo skracuje čas potrebný na varenie.
Prirodzene, pre ženy v domácnosti, ktoré variarúru iba niekoľkokrát za rok, domáci spotrebič s konvekčnou funkciou nemožno nazvať základnou technikou. Avšak pre tých, ktorí nemôžu žiť bez kulinárskych experimentov, sa takéto zariadenie stane v kuchyni jednoducho nenahraditeľným.
Dúfame, že predložený materiál bol pre vás užitočný. Všetko najlepšie!
