Fenomén konvekce a příklady konvekce

Pokud přiložíte ruku blíže k dodané žárovce nebo položíte ruku na horkou desku, můžete cítit pohyb teplého proudění vzduchu. Stejný efekt lze pozorovat i při otáčení listu papíru umístěného nad otevřeným plamenem. Oba efekty jsou vysvětlovány konvekcí.

Co to je?

V srdci fenoménu konvekce spočívá expanze chladnější látky, když přichází do styku s horkými hmotami. Za těchto okolností vyhřátá látka ztratí svou hustotu a stane se lehčí ve srovnání s okolním chladným prostorem. Nejpřesněji tato charakteristika jevu odpovídá pohybu tepelných toků při ohřátí vody.

Pohyb molekul v opačných směrech pod vlivem vytápění je přesně to, na čem je konvekce založena. Radiace, vedení tepla jsou podobné procesy, ale týkají se především přenosu tepelná energie v pevných látkách.

Pozoruhodné příklady konvekce - pohyb teplého vzduchu uprostřed místnosti s topnými zařízeními, když vyhřívaná toky přesunout do stropu a studený vzduch klesá na povrchu podlahy. Proto je při zahřívání v horní části místnosti vzduch výrazně teplejší než spodní část místnosti.

Archimedův zákon a tepelná expanze fyzických těl

Abychom pochopili, co je přirozenou konvekcí, postačí, aby se tento proces zvážil příkladem působení Archimedova zákona a jevem rozšíření těl pod vlivem tepelného záření. Takže podle zákona zvyšování teploty nutně vede ke zvýšení objemu kapaliny. Tekutina ohřátá zespodu v nádržích stoupá vyšší a vlhkost vyšší hustoty se pohybuje níže. V případě vytápění zhora zůstanou stále více a méně husté kapaliny na jejich místech, v takovém případě se nezjaví žádný jev.

Vznik konceptu

Termín "konvekce" nejprve navrhl anglický vědec William Prut v roce 1834. To bylo používáno popisovat posun tepelných hmot v ohřátých, pohybujících se tekutinách.

První teoretické studie fenoménu konvekce začaly až v roce 1916. V průběhu experimentů bylo zjištěno, že přechod z difúze na konvekci v tekutinách zahřátých zespodu nastává, když se dosáhne určitých kritických teplotních hodnot. Později byla tato hodnota definována jako "číslo Roel". To bylo pojmenováno podle výzkumníka, který ho studoval. Výsledky experimentů umožnily vysvětlit pohyb tepelných toků pod vlivem archimedských sil.

Druhy konvekce

Existuje několik typů jevů, které jsme popsali - přirozenou a nucenou konvekcí. Příkladem pohybu pohybu horkého a studeného vzduchu ve středu místnosti je nejlepší způsob, jak charakterizovat proces přirozené konvekce. Co se týče vynuceného, ​​může být pozorováno při míchání kapaliny lžící, čerpadlem nebo míchadlem.

Konvekce není možná, když jsou tělesa ohřívány. Je to všechno vinu za silnou vzájemnou přitažlivost s vibracemi jejich pevných částic. V důsledku ohřevu tělesa pevné konstrukce nedochází ke konvekci a záření. Tepelná vodivost nahrazuje tyto jevy v takových tělech a podporuje přenos tepelné energie.

Takzvaná kapilární konvekce je samostatný typ. Existuje proces s poklesem teploty během toku kapaliny přes potrubí. V přírodních podmínkách je důležitost takovéto konvekce spolu s přirozenou a nucenou činností nemateriální. V kosmické technologii se však stávají velmi významnými faktory kapilární konvekce, záření a tepelná vodivost materiálů. Dokonce i nejslabší konvektivní pohyby v podmínkách beztíže vedou k obtížím při realizaci určitých technických problémů.

Konvekce ve vrstvách zemské kůry

Procesy konvekce jsou neoddělitelně spojeny s přirozenou tvorbou plynných látek v tloušťce zemské kůry. Zvažte globe je to možné jako koule sestávající z několika soustředných vrstev. Ve středu je masivní horké jádro, což je kapalina s vysokou hustotou se železem, niklem a jinými kovy.

Okolní vrstvy pro zemské jádro protáhnout litosféru a polotekutý plášť. Horní vrstva zeměkoule je přímo zemská kůra. Litosféra je tvořena jednotlivými deskami, které jsou ve volném pohybu, pohybující se podél povrchu pláště tekutiny. Během nerovnoměrného zahřívání různých částí pláště a hornin, které se liší svým různým složením a hustotou, se vytvářejí konvektivní proudy. Pod vlivem takových toků je přirozená přeměna oceánské podlahy a pohyb ložiskových kontinentů.

Rozdíly v konvekci z vedení tepla

Tepelnou vodivostí je třeba chápat jako schopnost fyzických těles přenášet teplo přes pohyb atomových a molekulárních sloučenin. Kovy jsou vynikající vodiče tepla, protože jejich molekuly jsou v nerozlučném kontaktu s každým jiným. Naopak plynné a těkavé látky působí jako špatné tepelné vodiče.

Jak se vyskytuje konvekce? Fyzika procesu je založena na přenosu tepla v důsledku volného pohybu hmoty molekul látek. Na druhé straně tepelná vodivost spočívá pouze v přenosu energie mezi částice fyzického těla. Nicméně oba procesy jsou nemožné bez přítomnosti částic hmoty.

Příklady tohoto jevu

Nejjednodušší a nejvíce přístupný příklad konvekce může být proces provozování běžné chladničky. Oběh chladeného freonového plynu potrubím chladicí komory vede k poklesu teploty horních vrstev vzduchu. Výměna teplejších proudů nahrazuje chladné proudy, čímž produkty ochlazují.

Se nachází na zadní straně chladničky působí jako mřížky prvek, který podporuje odnětí teplého vzduchu vytvořeného v kompresorové jednotky v průběhu stlačování plynu. Mřížové chlazení je také založeno na konvekčních mechanismech. Z tohoto důvodu se nedoporučuje zaplnění prostoru za chladničkou. Koneckonců pouze v tomto případě může docházet k chlazení bez problémů.

Další příklady konvekce lze pozorovat pozorováním takového přírodního jevu, jako je pohyb větru. Vyhřívané sucha kontinentů a ochladí se nad terénem s více nepříznivých podmínkách, proudění vzduchu začnou přemístit sebe, což vede k jejich pohybu, a pohyb vlhkosti a energie.

Při konvekci je možnost zavěšení ptáků a kluzáků navzájem propojená. Méně hustá a teplejší vzduchu s nerovnoměrným ohřevem na povrchu Země vedou ke vzniku vzestupných toků, které přispívají k procesu stoupání. Aby bylo možné překonat maximální vzdálenosti bez výdajů energie a energie, ptáci potřebují schopnost najít podobné toky.

Dobrými příklady konvekce jsou tvorba kouře v komínech a sopečných krátery. Pohyb kouře je založen na jeho vyšší teplotě a nižší hustotě ve srovnání s prostředím. Při ochlazení se kouř postupně usazuje do spodních vrstev atmosféry. Z tohoto důvodu se jedná o průmyslové potrubí, kterým dochází k uvolnění škodlivé látky v atmosféře, co nejvyšší možný.

Nejběžnější příklady konvekce v přírodě a technologii

Mezi nejjednodušší, srozumitelné příklady, které lze pozorovat v přírodě, životě a technologii, je třeba poznamenat:

• pohyb proudů vzduchu během provozu domácích radiátorů;
• tvorba a pohyb oblačnosti;
• proces větru, monzunu a větru;
• posun tektonických zemních desek;
• procesy, které vedou k volnému vytváření plynu.

Vaření

Stále více se fenomén konvekce realizuje v moderních domácích spotřebičích, zejména v pecích. Plynová skříň s konvekcí umožňuje vaření různých jídel současně na různých úrovních při různých teplotách. Zároveň je zcela vyloučeno míchání chutí a vůní.

Ohřívání vzduchu v tradiční troubě je založeno na provozu jednoho hořáku, což vede k nerovnoměrnému rozložení tepla. V důsledku záměrného pohybu proudu horkého vzduchu pomocí vyhrazené ventilátoru misky v konvekční peci jsou šťavnaté, lépe propečený. Taková zařízení se rychle zahřívají, což vám umožňuje zkrátit čas potřebný k vaření.

Samozřejmě, že v domácnosti, které vaří v troubě několikrát do roka, domácnost spotřebič s funkcí konvekčního nelze nazvat technologické základy. Nicméně pro ty, kteří nemohou žít bez kulinářských experimentů, bude takové zařízení v kuchyni prostě nenahraditelné.

Doufáme, že předložený materiál byl pro vás užitečný. Všechno nejlepší!