Fenomenet konvektion och exempel på konvektion

Om du tar din hand närmare den medföljande glödlampaneller placera en handflata över en hetplatta, kan du känna rörelsen av varma luftflöden. Samma effekt kan observeras med en gunga av ett pappersark placerat över en öppen flamma. Båda effekterna förklaras av konvektion.

Vad är det

Konvektionsfenomenet är baserat på expansionen avkallt material vid kontakt med heta massor. Under sådana omständigheter förlorar det upphettade ämnet dens densitet och blir lättare jämfört med det omgivande kylutrymmet. Mest exakt motsvarar denna egenskap av fenomenet rörelsen av värmeflöden när vatten värms upp.

Molekylernas rörelse i motsatta riktningarunder påverkan av uppvärmning - det är precis vad konvektionen är baserad på. Strålning, värmeledning är liknande processer, men de avser främst överföringen av termisk energi i fasta ämnen.

Ljusa konvektionsexemplar - rör sig varmtluft i mitten av rummet med radiatorer, när uppvärmda flöden flyttas till taket och kall luft faller ner till golvytan. Därför är luften märkbart varmare än den nedre delen av rummet när värmen slås på överst i rummet.

Archimedes lag och termisk expansion av fysiska kroppar

För att förstå vad som är naturligtkonvektion, är det tillräckligt att överväga processen genom exempel på verkan av Archimedes 'lag och fenomenet expansionen av kroppar som påverkas av termisk strålning. Så, enligt lagen, leder en ökning av temperaturen nödvändigtvis till en ökning av volymen vätska. Vätskan uppvärmd underifrån i tankarna stiger högre, och respektive högre fuktighet rör sig lägre. Vid uppvärmning från ovan kommer mer och mindre täta vätskor att förbli på deras ställen, i vilket fall inget fenomen kommer att uppstå.

Framväxten av konceptet

Begreppet "konvektion" föreslogs först av den engelska forskaren William Prut 1834. Det användes för att beskriva förskjutningen av termiska massor i uppvärmda rörliga vätskor.

De första teoretiska studierna av fenomenetkonvektion startade först 1916. Under experimentens gång fastställdes att övergången från diffusion till konvektion i vätskor uppvärmda underifrån inträffar när vissa kritiska temperaturvärden nås. Senare definierades detta värde som "Roel nummer". Det var så namngivet efter forskaren som studerade den. Resultaten av experimenten gjorde det möjligt att förklara rörelsen av värmeflöden under påverkan av arkimedes styrkor.

Typer av konvektion

Det finns flera typer som beskrivs av ossfenomen - naturlig och tvungen konvektion. Ett exempel på att flytta flöden av varm och kall luft i mitten av rummet är det bästa sättet att karakterisera processen med naturlig konvektion. När det gäller den tvungna, kan det observeras med blandning av vätskan med en sked, en pump eller en omrörare.

Konvektion är omöjligt när fastämnena upphettas. Det är allt att skylla på en stark ömsesidig attraktion med vibrationerna hos sina fasta partiklar. Som ett resultat av uppvärmning av kropparna av en fast struktur uppstår inte konvektion och strålning. Termisk ledningsförmåga ersätter dessa fenomen i sådana kroppar och främjar överföringen av termisk energi.

En separat vy är den så kalladekapillärkonvektion. Det finns en process med temperaturfall under flödet av vätska genom rören. Under naturliga förhållanden är vikten av sådan konvektion, tillsammans med den naturliga och tvångs, oumbärlig. I rymdteknik blir kapillärkonvektion, strålning och värmeledningsförmåga hos material dock mycket viktiga faktorer. Till och med de svagaste konvektiva rörelserna i viktlöshetsförhållandena leder till svårigheter med att uppnå vissa tekniska problem.

Konvektion i jordskorpans lager

Konvektionsprocesserna är oupplösligt kopplade tillnaturlig bildning av gasformiga ämnen i jordskorpans tjocklek. Betrakta världen som en sfär bestående av flera koncentriska skikt. I mitten är en massiv varm kärna, som är en flytande massa med hög densitet med järn, nickel och andra metaller.

De omgivande lagren för jordens kärna ärlitosfär och halvflytande mantel. Det övre lagret av jordklotet är direkt jordskorpan. Litosfären är formad av individuella plattor som befinner sig i fri rörelse, rör sig längs vätskekappens yta. Under ojämn uppvärmning av olika delar av manteln och stenarna, vilka skiljer sig åt i deras olika sammansättning och densitet bildas konvektiva strömmar. Det är under påverkan av sådana flöden att det finns en naturlig omvandling av havsbotten och rörelsen hos de bärande kontinenterna.

Skillnader i konvektion från värmeledning

Termisk ledningsförmåga bör förståsDe fysiska kropparnas förmåga att överföra värme genom rörelse av atom- och molekylära föreningar. Metaller är utmärkta ledare av värme, eftersom deras molekyler är i oupplöslig kontakt med varandra. Tvärtom fungerar gasformiga och flyktiga ämnen som dåliga värmeledare.

Hur uppstår konvektion? Processens fysik är baserad på värmeöverföring på grund av fri rörlighet för massan av molekyler av ämnen. I sin tur består värmeledningsförmågan enbart i överföringen av energi mellan de fysikaliska kroppens beståndsdelar. Emellertid är båda processerna omöjliga utan närvaro av partiklar av materia.

Exempel på fenomenet

Den enklaste och enkla att förståEtt exempel på konvektion kan vara processen att driva ett vanligt kylskåp. Cirkulering av kyld Freongas genom rören i kylkammaren leder till en minskning av temperaturen hos de övre luftlagren. Följaktligen, ersätter de varmare strömmarna, de kalla faller ner och kyler således produkterna.

Ligger på baksidan av kylskåpetGitteret spelar rollen som ett element som bidrar till avlägsnandet av varm luft genererad i kompressorn hos enheten under gaskomprimering. Gitterkylning bygger också på konvektiva mekanismer. Det är av den anledningen att det inte rekommenderas att röra upp utrymmet bakom kylskåpet. När allt kommer omkring kan endast kylning i detta fall ske utan svårigheter.

Andra exempel på konvektion kan ses genom observationFör ett sådant naturfenomen som vindens rörelse. Uppvärmning över torra kontinenter och kyla över terrängen med svårare förhållanden börjar luftflödena förskjuta varandra, vilket leder till deras rörelse, liksom rörelsen av fukt och energi.

Konvektion bunden möjligheten att sväva fåglar ochglidare. Mindre täta och varmare luftmassor med ojämn uppvärmning vid jordens yta leder till bildandet av stigande flöden vilket bidrar till ökningen. För att övervinna de maximala avstånden utan kostnader för energi och energi, behöver fåglar möjligheten att hitta liknande flöden.

Bra exempel på konvektion är bildandet av rök iskorstenar och vulkaniska kratrar. Att flytta upp röken bygger på högre temperatur och lägre densitet jämfört med miljön. Vid kylning sätter sig röken gradvis in i atmosfärens nedre lager. Det är av den anledningen att industriella rör, genom vilka skadliga ämnen släpps ut i atmosfären, görs så högt som möjligt.

De vanligaste exemplen på konvektion i natur och teknik

Bland de enklaste, förståeliga exemplen som kan observeras i natur, liv och teknik bör det noteras:

• rörelsen av luftströmmar under driften av hushållsradiatorer;
• bildning och rörelse av moln;
• processen med vind, monsun och bris;
• förskjutning av tektoniska jordplattor;
• processer som leder till fri gasgenerering.

matlagning

I allt större utsträckning realiseras fenomenet konvektion imoderna hushållsapparater, särskilt i ugnar. Ett gasskåp med konvektion gör att man kan laga olika rätter samtidigt på separata nivåer vid olika temperaturer. Samtidigt är blandning av smak och lukt helt utesluten.

Luftuppvärmning i en traditionell ugnBaserat på driften av en enda brännare, vilket leder till en ojämn värmefördelning. På grund av den ändamålsenliga rörelsen av hetluftflöden med hjälp av en specialiserad fläkt är disken i konvektionsugnen mer saftig, bättre rostad. Sådana enheter värmer snabbt upp, vilket gör att du kan minska tiden som krävs för att laga mat.

Naturligtvis, för hemmafruar som lagar matugnen bara några gånger om året kan en hushållsapparat med konvektionsfunktionen inte kallas en teknik av första nödvändighet. Men för dem som inte kan leva utan kulinariska försök blir en sådan enhet helt enkelt oersättlig i köket.

Vi hoppas att materialet som presenterades var användbart för dig. Allt det bästa!