Ако приближите руку укљученој сијалициили поставите длан на врућу пећ, можете осетити кретање струјања топлог ваздуха. Исти ефекат се може приметити и вибрирањем листа папира постављеног изнад отвореног пламена. Оба ефекта се приписују конвекцији.
Шта је то?
Феномен конвекције заснован је на проширењу вишехладна материја у додиру са врелим масама. У таквим околностима супстанца која се загрева губи густину и постаје лакша у поређењу са околним хладним простором. Ова карактеристика феномена најтачније одговара кретању топлотних токова при загревању воде.
Кретање молекула у супротним смеровимапод утицајем топлоте је управо оно на чему се конвекција заснива. Зрачење, топлотна проводљивост су слични процеси, међутим, они се првенствено односе на пренос топлотне енергије у чврстим материјама.
Упечатљиви примери конвекције су кретање топлотеваздух у средини просторије са грејним уређајима, када се загрејани токови померају до плафона, а хладан ваздух се спушта до саме површине пода. Зато је, када је грејање укључено на врху просторије, ваздух приметно топлији у односу на доњи део просторије.
Архимедов закон и топлотна експанзија физичких тела
Да бисте разумели шта је природноконвекције, довољно је размотрити процес на примеру деловања Архимедовог закона и феномена ширења тела под утицајем топлотног зрачења. Дакле, према закону, повећање температуре нужно доводи до повећања запремине течности. Течност која се загрева одоздо у посудама расте више, а влага веће густине се према томе помера ниже. У случају загревања одозго, на својим местима ће остати све мање и мање густе течности, у том случају до појаве неће доћи.
Појава концепта
Први пут је термин "конвекција" предложио енглески научник Виллиам Прутх 1834. Коришћен је за описивање кретања топлотних маса у загрејаним, покретним течностима.
Прва теоријска проучавања феноменаКонвекција је започела тек 1916. Током експеримената је утврђено да прелаз са дифузије на конвекцију у течностима загрејаним одоздо настаје када се постигну неке критичне вредности температуре. Касније је ова вредност дефинисана као "Роелов број". Име је добио по истраживачу који га је проучавао. Резултати експеримената омогућили су објашњење кретања топлотних токова под утицајем Архимедових сила.
Врсте конвекције
Конвекција није могућа при загревању чврстих материја.Све је криво за прилично јаку међусобну привлачност када њихове чврсте честице вибрирају. Као резултат грејних тела чврсте структуре, не настаје конвекција и зрачење. Топлотна проводљивост замењује назначене појаве у таквим телима и поспешује пренос топлотне енергије.
Одвојена врста је тзвкапиларна конвекција. Процес се одвија када температура падне током кретања течности кроз цеви. У природним условима, значај такве конвекције, поред природне и принудне конвекције, изузетно је безначајан. Међутим, у свемирској технологији капиларна конвекција, зрачење и топлотна проводљивост материјала постају веома значајни фактори. Чак и најслабија конвективна кретања у нултој гравитацији доводе до потешкоћа у имплементацији неких техничких проблема.
Конвекција у слојевима земљине коре
Конвекцијски процеси су нераскидиво повезани саприродно стварање гасовитих материја у дебљини земљине коре. Замислите глобус као сферу која се састоји од неколико концентричних слојева. У самом центру налази се масивно врело језгро, које је течна маса велике густине која садржи гвожђе, никал и друге метале.
Околни слојеви за језгро земље сулитосферу и полутекући омотач. Горњи слој земљине кугле је директно земљина кора. Литосфера се формира од појединачних плоча које се слободно крећу, крећући се по површини течног омотача. У току неравномјерног загријавања различитих дијелова плашта и стијена, који се разликују по саставу и густоћи, стварају се конвективни токови. Под утицајем таквих токова долази до природне трансформације океанског дна и померања носивих континената.
Разлике између конвекције и топлотне проводљивости
Топлотну проводљивост треба схватити каоспособност физичких тела да преносе топлоту кретањем атомских и молекуларних једињења. Метали су одлични проводници топлоте, јер су њихови молекули у блиском контакту. Напротив, гасовите и испарљиве супстанце су лоши проводници топлоте.
Како се одвија конвекција?Физика процеса заснива се на преносу топлоте услед слободног кретања масе молекула супстанци. С друге стране, топлотна проводљивост је искључиво у преносу енергије између саставних честица физичког тела. Међутим, и један и други процес су немогући без присуства честица материје.
Примери феномена
Налази се на задњој страни фрижидерарешетка има улогу елемента који олакшава уклањање топлог ваздуха насталог у компресору јединице током компресије гаса. Хлађење решетке је такође засновано на конвективним механизмима. Из тог разлога се не препоручује затрпавање простора иза фрижидера. На крају крајева, само у овом случају хлађење се може одвијати без потешкоћа.
Други примери конвекције могу се видети посматрањемиза таквог природног феномена као што је кретање ветра. Грејањем преко сушних континената и хлађењем на тежим теренима, ваздушне струје почињу да се међусобно померају, што доводи до њиховог кретања, као и кретања влаге и енергије.
Конвекција је везана за могућност лебдења птица иједрилице. Мање густе и топлије ваздушне масе, са неравномерним загревањем на површини Земље, доводе до стварања узлазних струја, што доприноси процесу испаравања. Да би савладале максималне удаљености без утрошка снаге и енергије, птицама је потребна способност да пронађу такве струје.
Добри примери конвекције су стварање дима удимњаци и вулкански кратери. Кретање дима према горе засновано је на његовој вишој температури и мањој густини у поређењу са околином. Док се хлади, дим се постепено таложи у доњу атмосферу. Из тог разлога се индустријске цеви, кроз које се штетне материје испуштају у атмосферу, подижу што је више могуће.
Најчешћи примери конвекције у природи и технологији
Међу најједноставнијим, разумљивим примерима који се могу посматрати у природи, свакодневном животу и технологији, вреди истаћи:
- кретање ваздушних токова током рада батерија за грејање у домаћинству;
- формирање и кретање облака;
- процес кретања ветра, монсуна и поветарца;
- померање тектонских земљаних плоча;
- процеси који доводе до стварања слободног гаса.
Кување хране
Све чешће се феномен конвекције остварује усавремени кућни апарати, посебно у пећницама. Конвекцијски плински ормар вам омогућава да кувате различиту храну истовремено на различитим нивоима на различитим температурама. Истовремено, потпуно је искључено мешање укуса и мириса.
Грејање ваздуха у традиционалној пећницизаснива се на раду једног горионика, што доводи до неравномерне дистрибуције топлоте. Због циљаног кретања струјања топлог ваздуха помоћу специјализованог вентилатора, посуђе у конвекционој пећници је сочније и боље печено. Ови уређаји се брже загревају, што смањује време потребно за кување.
Наравно, за домаћице које кувајупећницу само неколико пута годишње, апарат за домаћинство са функцијом конвекције не може се назвати основном техником. Међутим, за оне који не могу живјети без кулинарских експеримената, такав ће уређај постати једноставно незамјењив у кухињи.
Надамо се да вам је представљени материјал био од користи. Све најбоље!
