Om du för handen närmare den påslagna elektriska lampaneller placera handflatan över en varm spis, kan du känna rörelsen av varma luftströmmar. Samma effekt kan observeras när ett pappersark oscilleras över en öppen låga. Båda effekterna förklaras av konvektion.
Vad representerar det?
Fenomenet konvektion bygger på expansion av flerkallt ämne i kontakt med heta massor. Under sådana omständigheter förlorar det uppvärmda ämnet sin densitet och blir lättare i jämförelse med det kalla utrymmet som omger det. Mest exakt motsvarar denna egenskap hos fenomenet rörelsen av värmeflöden när vatten värms upp.
Rörelse av molekyler i motsatta riktningarunder påverkan av uppvärmning - det är precis vad konvektion bygger på. Strålning och värmeledningsförmåga är liknande processer, men de handlar i första hand om överföring av värmeenergi i fasta ämnen.
Livliga exempel på konvektion är varma rörelserluft i mitten av ett rum med värmeapparater, när uppvärmda flöden rör sig under taket, och kall luft sjunker ner till själva golvytan. Det är därför, när uppvärmningen är på, är luften längst upp i rummet märkbart varmare jämfört med botten av rummet.
Arkimedes lag och termisk expansion av fysiska kroppar
För att förstå vad som är naturligtkonvektion, det räcker med att överväga processen med exemplet på hur lagen om Arkimedes fungerar och fenomenet med expansion av kroppar under påverkan av termisk strålning. Så enligt lagen leder en ökning av temperaturen nödvändigtvis till en ökning av vätskans volym. Vätskan som värms upp underifrån i behållarna stiger högre, respektive fukt med högre densitet rör sig lägre. Vid uppvärmning från ovan kommer mer och mindre täta vätskor att stanna kvar på sina ställen, i vilket fall fenomenet inte kommer att inträffa.
Konceptets framväxt
Termen "konvektion" föreslogs först av den engelske vetenskapsmannen William Prout 1834. Den användes för att beskriva rörelsen av termiska massor i upphettade, rörliga vätskor.
De första teoretiska studierna av fenomenetkonvektion startade först 1916. Under experimenten har det visat sig att övergången från diffusion till konvektion i vätskor som värms upp underifrån sker när vissa kritiska temperaturvärden uppnås. Senare definierades detta värde som "Roel-numret". Den fick så namn efter forskaren som studerade den. Resultaten av experimenten gjorde det möjligt att förklara värmeflödenas rörelse under påverkan av Archimedes krafter.
Typer av konvektion
Konvektion är inte möjlig när fasta ämnen värms upp.Detta beror på den ganska starka ömsesidiga attraktionen under vibrationen av deras fasta partiklar. Som ett resultat av uppvärmning av fasta strukturkroppar förekommer inte konvektion och strålning. Värmeledningsförmåga ersätter dessa fenomen i sådana kroppar och främjar överföringen av värmeenergi.
En separat art är den så kalladekapillär konvektion. Processen uppstår när temperaturen ändras under rörelsen av vätska genom rören. Under naturliga förhållanden är betydelsen av sådan konvektion, tillsammans med naturlig och forcerad konvektion, ytterst obetydlig. Men inom rymdteknik blir kapillärkonvektion, strålning och värmeledningsförmåga hos material mycket betydelsefulla faktorer. Även de svagaste konvektiva rörelserna under viktlösa förhållanden gör det svårt att implementera vissa tekniska problem.
Konvektion i jordskorpans lager
Konvektionsprocesser är oupplösligt förbundna mednaturlig bildning av gasformiga ämnen i jordskorpans tjocklek. Globen kan betraktas som en sfär som består av flera koncentriska lager. I mitten finns en massiv het kärna, som är en flytande massa med hög densitet som innehåller järn, nickel och andra metaller.
De omgivande lagren för jordens kärna ärlitosfär och halvflytande mantel. Det översta lagret av jordklotet är direkt jordskorpan. Litosfären bildas av individuella plattor som är i fri rörelse och rör sig längs ytan av vätskemanteln. Vid ojämn uppvärmning av olika delar av manteln och bergarterna, som skiljer sig åt i olika sammansättning och densitet, bildas konvektiva flöden. Det är under påverkan av sådana flöden som den naturliga omvandlingen av havsbotten och rörelsen av de bärande kontinenterna sker.
Skillnader mellan konvektion och värmeledning
Värmeledningsförmåga betyderfysiska kroppars förmåga att överföra värme genom rörelse av atomära och molekylära föreningar. Metaller är utmärkta värmeledare eftersom deras molekyler är i nära kontakt med varandra. Tvärtom fungerar gasformiga och flyktiga ämnen som dåliga värmeledare.
Hur sker konvektion?Processens fysik är baserad på överföring av värme på grund av den fria rörelsen av massan av molekyler av ämnen. I sin tur består värmeledningsförmågan enbart i överföringen av energi mellan de ingående partiklarna i en fysisk kropp. Båda processerna är dock omöjliga utan närvaron av partiklar av materia.
Fenomenexempel
Sitter på baksidan av kylskåpetgallret spelar rollen som ett element som underlättar avlägsnandet av varm luft som bildas i enhetens kompressor under gaskompression. Gallerkylning är också baserad på konvektiva mekanismer. Det är av denna anledning som det inte rekommenderas att belamra utrymmet bakom kylskåpet. När allt kommer omkring, bara i detta fall kan kylning ske utan svårighet.
Andra exempel på konvektion kan noteras genom att observerabakom ett sådant naturfenomen som vindens rörelse. När de värms upp över torra kontinenter och kyls ner över svårare terräng börjar luftströmmar att förskjuta varandra, vilket leder till deras rörelse, såväl som rörelse av fukt och energi.
Möjligheten att sväva fåglar är knuten till konvektion ochsegelflygplan. Mindre täta och varmare luftmassor med ojämn uppvärmning nära jordens yta leder till bildandet av stigande strömmar, vilket bidrar till svävningsprocessen. För att övervinna de maximala avstånden utan utgifter för styrka och energi behöver fåglar förmågan att hitta sådana bäckar.
Bra exempel på konvektion är rökbildning iskorstenar och vulkankratrar. Rökens rörelse uppåt är baserad på dess högre temperatur och lägre densitet jämfört med omgivningen. När röken svalnar lägger den sig gradvis i de lägre skikten av atmosfären. Det är av denna anledning som industriella rör, genom vilka skadliga ämnen släpps ut i atmosfären, görs så höga som möjligt.
De vanligaste exemplen på konvektion i natur och teknik
Bland de enklaste, lättförståeliga exemplen som kan observeras i naturen, vardagen och tekniken bör följande lyftas fram:
- rörelse av luftflöden under drift av hushållsuppvärmningsbatterier;
- bildande och rörelse av moln;
- processen för rörelse av vind, monsuner och vindar;
- förskjutning av tektoniska jordplattor;
- processer som leder till fri gasbildning.
matlagning
Konvektionsfenomenet förverkligas alltmer imoderna hushållsapparater, särskilt i ugnar. En gasugn med varmluft låter dig laga olika rätter samtidigt på olika nivåer vid olika temperaturer. Samtidigt elimineras blandning av smaker och dofter helt.
Uppvärmning av luft i en traditionell ugnär baserad på driften av en enda brännare, vilket leder till ojämn värmefördelning. På grund av den riktade rörelsen av heta luftflöden med hjälp av en specialiserad fläkt, är rätter i en varmluftsugn mer saftiga och bakade bättre. Sådana enheter värms upp snabbare, vilket minskar tiden som krävs för matlagning.
Naturligtvis för hemmafruar som lagar matugn endast några gånger om året kan en hushållsapparat med varmluftsfunktion inte kallas en nödvändig apparat. Men för dem som inte kan leva utan kulinariska experiment blir en sådan anordning helt enkelt oumbärlig i köket.
Vi hoppas att det presenterade materialet var användbart för dig. Med vänliga hälsningar!
