co se stane, když necháte misku horké polévky na stole? Po nějaké době se ochladí kvůli ztrátě tepla okolnímu vzduchu. A to je (přenos tepla) to, čemu říkáme konvekce.
existují tři typy přenosu tepla: záření, vedení a konvekce. Při záření se teplo přenáší ve formě elektromagnetických vln. Ve vedení se teplo pohybuje mezi tělesy, které jsou fyzicky spojeny.,
konvekce je však nejsložitější formou přenosu tepla, protože zahrnuje objemový pohyb molekul v tekutinách, jako jsou kapaliny a plyny. Jednoduše řečeno, konvekce se může stát pouze v kapalinách a plynech.
Konvekčním teplem a přenos hmotnosti (v tekutinách) probíhat prostřednictvím dvou mechanismů:
- Šíření: čistý pohyb molekul z oblasti vyšší koncentrace do oblasti nižší koncentrace.
- Advekce: transport hmoty nebo tepla hromadným pohybem proudů v tekutině.,
žádný z procesů neprobíhá v tuhých pevných látkách. Konvektivní přenos tepla se však může objevit v měkkých pevných látkách nebo směsích, kde mohou pevné částice cestovat z jedné polohy do druhé.
konvektivní přenos tepla lze rozdělit do dvou kategorií: přírodní a nucené.
ve volné nebo přirozené konvekci jsou proudy produkovány pouze rozdíly hustoty v kapalině odvozené od teploty. Zatímco při nucené konvekci jsou proudy způsobeny vnějším faktorem, jako je ventilátor nebo čerpadlo. Čím rychleji se tekutina pohybuje, tím rychlejší je rychlost konvekce.,
Nyní, když máte obecnou představu o tom, co je konvekce ve skutečnosti, přejdeme k různým příkladům a aplikacím. Níže uvádíme spoustu příkladů konvekčního přenosu tepla, které vidíte ve svém každodenním životě.
vroucí voda
typ: nucená konvekce
Když dáte konvici na sporák, ohřívá vodu ze dna. Molekuly v blízkosti dna získávají kinetickou energii a stávají se méně hustými., Vzhledem k tomu, že horká voda na dně je méně hustá než studená voda nad ní, horká voda začíná stoupat na povrch, zatímco studená voda klesá.
studená voda na dně se pak zahřeje a méně hustá než voda nad ní, takže stoupá na povrch. Proces se opakuje znovu a znovu a vše se děje kvůli teplotnímu rozdílu mezi dnem a vrcholem konvice. Pohyby molekul vody jsou konvekční proudy.,
chladič
Typ: Nucená Konvekce
chladič je pasivní tepelný výměník, který zlepšuje rychlost přestupu tepla konvekcí. Je široce používán v elektronických zařízeních. Například, konvenční CPU/GPU používá chladič ve spojení s ventilátor udržet provozní teplotu v přijatelných mezích.
obecně se chladič skládá ze základny a žeber, které vyčnívají ven. Jeho výkon je ovlivněn různými faktory, jako je rychlost vzduchu, konstrukce ploutví a materiál použitý k vybudování chladiče.,
Pozemky a Mořský Vánek
Image credit: Freepik
Typ: Přirozená Konvekce
tvorba pozemky a mořský vánek, je jedním z klasických příkladů konvekce. Slunce během dne ohřívá jak pevninu, tak mořskou hladinu. Ale protože země má menší kapacitu pohlcující teplo než moře, její povrchová teplota se zvyšuje a zahřívá vzduch kolem ní. Teplý (méně hustý) vzduch začíná stoupat a vytváří se nízký tlak.
současně se na vrcholu moře vyvíjí vysokotlaká oblast (se studeným, hustým vzduchem)., Vzhledem k rozdílu tlaku proudí vzduch z moře do země a studený vzduch, který přichází, se nazývá mořský vánek.
proces se během noci zvrátí. Země se ochlazuje rychleji než moře, snižuje teplotu vzduchu kolem ní a vytváří vysokotlakou situaci. Nyní studený vzduch proudí ze země do moře, a to je to, co nazýváme pozemní vánek.
v obou případech se teplo přenáší molekulami vzduchu.,
Komínový Efekt
Typ: Nucená Konvekce
Když vzduch proudí dovnitř a ven z budov, spalin a komíny, nebo jiné podobné struktury, v důsledku vztlaku, je tzv. komínový efekt. Stává se to kvůli rozdílům vnitřní a venkovní teploty/vlhkosti. Studený vzduch s vysokou hustotou vždy tlačí horké plyny s nízkou hustotou nahoru.
čím vyšší je struktura a vyšší tepelný rozdíl, tím větší je vztlaková síla a tím i komínový efekt., Mnoho mrakodrapů a chladicích věží využívá stejný princip k dosažení přirozeného větrání a infiltrace.
Trouba
průmyslové konvekční trouby používané v letadle zpracovatelský průmysl
Typ: Nucená Konvekce
konvektomaty použití konvekčního mechanismu, aby vařit jídlo rychleji než běžné trouby. Mají ventilátory pro cirkulaci horkého vzduchu kolem jídla, což umožňuje jídlo vařit rovnoměrněji při nižších teplotách a za kratší dobu., Průmyslové konvekční pece se používají k výrobě mnoha produktů, včetně nepotravinářských výrobků.
Tání Ledu
Typ: Přirozená Konvekce
Konvekce hraje významnou roli v procesu snižování tloušťka ledu. Jak teplý vzduch fouká po povrchu ledu, zvyšuje teplotu vnější vrstvy ledu. Čím je vzduch teplejší a čím rychleji fouká, tím méně času bude trvat, než se led roztaví.,
Radiátor
Typ: Nucená Konvekce
Radiátor přenáší tepelnou energii z jednoho média do druhého. Navzdory názvu většina radiátorů používá konvekci (místo tepelného záření) k přenosu většiny svého tepla. Většinou se používají v budovách, automobilech a elektronice.
v systému vytápění místností se například ve vnitřních cívkách vytváří horká voda nebo někdy pára. Jak voda ohřívá cívku, vzduch vedle radiátoru se ohřívá a zvyšuje., Jakmile ohřátý vzduch stoupá, chladný vzduch může být vtažen do a skrz chladič zespodu. Tento proud vzduchu vytváří vertikální proudy, které distribuují teplý vzduch po celé místnosti.
Lednička
Typ: Nucená Konvekce
chladničce obsahuje tepelně izolovaný prostor a tepelné čerpadlo se pohybuje teplo z vnitřku lednice, aby jeho externí prostředí. Používá konvekci k cirkulaci studeného vzduchu kolem jídla.
mrazicí prostor ochlazuje vzduch nahoře. Jako vzduch klesá, je nahrazen teplejším vzduchem stoupajícím zespodu., Tento cirkulující vzduch odvádí teplo ze všech položek v lednici.
Cumulus a Cumulonimbus Mraky
Kupovité mraky
Typ: Přirozená Konvekce
Cumulus a Cumulonimbus jsou dva různé typy mraků, které se tvoří a rostou prostřednictvím konvekce. Jsou tvořeny z vodní páry nesené silnými vzestupnými proudy vzduchu.
protože konvekční mraky mají tendenci se rychle tvořit ve stoupajících sloupcích vzduchu, jsou opticky husté., Povrchy malých kapiček v těchto oblacích rozptylují sluneční světlo více než mraky obsahující méně nebo větší kapičky. To je důvod, proč tyto mraky často vypadají tmavě šedé, po stranách od Slunce a zářivě bílá na stranách směrem.
Přečtěte si: 10 Základních Druhů Oblaků Podle Jejich Výšky Hladiny,
Krevní Oběh
Typ: Nucená Konvekce
Člověka a jiných savců zaměstnávají konvekce k regulaci tělesné teploty., Srdce pumpuje krev po celém těle v průměru 5 litrů za minutu, a teplo produkované buňky těla se přenáší na vzduch (nebo voda) proudí přes kůži.
Pokud je teplota kůže nižší než teplota okolního vzduchu, tělo získává teplo konvekcí a vedením. Pokud je však teplota kůže vyšší, tělo ztrácí teplo konvekcí a vedením. V povrchových tkáních, kde je rychlost krevního oběhu vyšší, je přenos tepla převážně konvektivní.,
Marangoni Efekt
Experimentální demonstrace Marangoni Efekt | Wikimedia
Typ: Přirozená Konvekce
Marangoni efekt je proudění tekutin v důsledku gradientu povrchového napětí. Povrchové napětí závisí na teplotě nebo složení sloučenin. V prvním případě se účinek nazývá termokapilární konvekce.
přítomnost gradientu v povrchovém napětí přirozeně způsobuje, že kapalina odtéká z oblastí nízkého povrchového napětí., To se děje proto, že kapalina s vysokým povrchovým napětím táhne silněji na blízkou kapalinu než kapalina s nízkým povrchovým napětím.
Návrh Zemského Pláště
Celý plášť konvekce | Wikimedia
Typ: Přirozená Konvekce
pohyb Zemské pevné silikátové pláště výsledkem konvekční proudy, které přenáší teplo z vnitrozemí na povrch planety, se nazývá Země konvekce.,
přesněji, plášť konvekce je řízen třemi základními procesy:
- Tepelné ztráty z jádra (20%)
- Vnitřní vytápění z radioaktivního rozpadu (80%)
- Chlazení z výše (potopení litosférických desek)
To způsobuje pohyb litosférických desek, povrchové sopečné činnosti, magmatismus, zemětřesení, stejně jako většinu tektonické a geologické procesy, projevující se v kůře. Jak se snižuje rychlost výroby tepla, planeta se ochladí a nakonec konvekce úplně zpomalí nebo zastaví.,
Přečtěte si: 4 Různé Vrstvy Země | Vysvětlil,
Hvězdy Mají Konvektivní Zóny
Typ: Přirozená Konvekce
Různé turbulentní činnosti, vyskytující se uvnitř hvězdy, protože energie k pohybu směrem ven. Když se plyny zahřívají (v důsledku energetického toku hlouběji uvnitř hvězdy) na teploty, které jsou vyšší než okolní plyn, stoupají, rozšiřují se a ochlazují. Jakmile se termalizují, přestanou stoupat.
obecně mají hvězdy s nízkou hmotností radiativní jádra a konvektivní obálky, zatímco hvězdy s vysokou hmotností mají konvektivní jádra a radiativní obálky., Sluneční konvekční zóna je například nejvzdálenější vrstvou interiéru, která sahá od hloubky 200 000 kilometrů až po viditelný povrch. To znamená, že energie je přenášena konvekcí v této oblasti.
Akreční Disky Černých Děr
Typ: Přirozená Konvekce
To je poměrně neobvyklý příklad, ale výzkum a simulace ukazují, že konvekce prachu a plynů se vyskytuje v černé díry akreční disky rychlostí blízkou světla., Spojovací pohyby jsou vyvíjeny rozptylem intenzivních gravitačních a rotačních energií v akrečních tocích.