Hvad sker der, når du forlader en skål varm suppe på et bord? Det bliver koldt efter nogen tid på grund af tab af varme til den omgivende luft. Og det er (overførsel af varme), hvad vi kalder konvektion.
Der er tre typer varmeoverførsel: stråling, ledning og konvektion. Ved stråling overføres varme i form af elektromagnetiske bølger. Ved ledning bevæger varmen sig mellem kroppe, der er fysisk forbundet.,
konvektion er imidlertid den mest komplekse form for varmeoverførsel, fordi den involverer bulkbevægelsen af molekyler inden for væsker som væsker og gasser. Enkelt sagt kan konvektion kun ske i væsker og gasser.
Konvektiv varme-og massetransport (i væsker) foregår via to mekanismer:
- Diffusion: netto bevægelse af molekyler fra et område med højere koncentration til et område med lavere koncentration.
- Advection: transport af stof eller varme ved bulk bevægelse af strømme i væsken.,
ingen af processerne finder sted i stive faste stoffer. Konvektiv varmeoverførsel kan dog forekomme i bløde faste stoffer eller blandinger, hvor faste partikler kan bevæge sig fra en position til en anden.
konvektiv varmeoverførsel kan opdeles i to kategorier: naturlig og tvungen.
i fri eller naturlig konvektion produceres strømme kun ved temperaturafledte densitetsforskelle i væsken. Mens der ved tvungen konvektion skyldes strømme en ekstern faktor som en ventilator eller pumpe. Jo hurtigere væsken bevæger sig, jo hurtigere er konvektionshastigheden.,
nu hvor du har en generel ide om, hvad konvektion faktisk er, lad os gå til de forskellige eksempler og applikationer. Nedenfor har vi listet masser af eksempler på konvektiv varmeoverførsel, som du ser i din hverdag.
kogende vand
Type: tvungen konvektion
Når du sætter kedlen på komfuret, opvarmer den vandet fra bunden. Molekylerne nær bunden får kinetisk energi og bliver mindre tætte., Da det varme vand i bunden er mindre tæt end det kolde vand over det, begynder det varme vand at stige til overfladen, mens det kolde vand synker.
det kolde vand i bunden bliver derefter varmt og mindre tæt end vandet over det, så det stiger til overfladen. Processen gentages igen og igen, og det hele sker på grund af temperaturforskellen mellem bunden og toppen af kedlen. Vandmolekylernes bevægelser er konvektionsstrømme.,
kølelegeme
Type: tvungen konvektion
kølelegemet er en passiv varmeveksler, der forbedrer konvektiv varmeoverførsel. Det er meget udbredt i elektronisk udstyr. For eksempel bruger en konventionel CPU/GPU en Køleskab i forbindelse med en ventilator for at holde driftstemperaturen inden for tolerable grænser.
generelt består en Køleskab af en base og finner, der strækker sig udad. Dens ydeevne er påvirket af forskellige faktorer såsom lufthastighed, fin design, og materiale, der anvendes til at bygge kølelegemet.,
Land-og havbrise
Billedkredit: Freepik
Type: naturlig konvektion
dannelsen af land-og havbrise er et af de klassiske eksempler på konvektion. Solen opvarmer både land-og havoverfladen i løbet af dagen. Men da jorden har mindre varmeabsorberende kapacitet end havet, stiger dens overfladetemperatur og opvarmer luften omkring den. Den varme (mindre tætte) luft begynder at stige, og der skabes lavt tryk.
samtidig udvikler et højtryksområde (med kold, tæt luft) over toppen af havet., På grund af forskellen i tryk strømmer luft fra havet til landet, og den kolde luft, der kommer sammen, kaldes en havbrise.
processen bliver vendt i løbet af natten. Landet køler ned hurtigere end havet, reducerer lufttemperaturen omkring det og skaber en højtrykssituation. Nu strømmer den kolde luft fra land til hav, og det er det, vi kalder landbrisen.
i begge tilfælde overføres varmen gennem luftmolekyler.,
skorstenseffekt
Type: tvungen konvektion
Når luft strømmer ind og ud af bygningerne, røggasstabler eller andre lignende strukturer på grund af opdrift kaldes det skorstenseffekten. Det sker på grund af indendørs og udendørs temperatur / fugt forskelle. Den kolde luft med høj densitet skubber altid de varme gasser med lav densitet op.
jo højere struktur og højere termisk forskel, jo mere opdrift kraft og dermed skorstenen effekt., Mange skyskrabere og køletårne udnytter det samme princip for at opnå naturlig ventilation og infiltration.
konvektionsovn
en industriel konvektionsovn, der bruges i flyindustrien
Type: tvungen konvektion
konvektionsovne bruger konvektionsmekanisme til at tilberede mad hurtigere end konventionelle ovne. De har fans til at cirkulere varm luft omkring maden, hvilket gør det muligt for mad at tilberede mere jævnt ved lavere temperaturer og på kortere tid., Industrielle konvektionsovne bruges til fremstilling af mange produkter, herunder ikke-fødevarer.
smeltning af is
Type: naturlig konvektion
konvektion spiller en vigtig rolle i processen med at reducere istykkelsen. Som varm luft blæser over overfladen af isen, det øger temperaturen af isens ydre lag. Jo varmere luften og jo hurtigere den blæser, jo mindre tid vil isen tage for at smelte.,
Radiator
Type: Tvungen Konvektion
En Radiator overførsel termisk energi fra et medium til et andet. På trods af navnet bruger de fleste radiatorer konvektion (i stedet for termisk stråling) til at overføre størstedelen af deres varme. De bruges mest i bygninger, biler og elektronik.
i et rumvarmesystem genereres for eksempel varmt vand eller undertiden damp i de indre spoler. Når vandet opvarmer spolen, opvarmer og hæver luften ved siden af radiatoren., Når den opvarmede luft stiger, kan kølig luft trækkes ind og gennem radiatoren nedenunder. Denne luftstrøm genererer lodrette strømme, der fordeler varm luft i hele rummet.
køleskab
Type: tvungen konvektion
et køleskab indeholder et termisk isoleret rum og en varmepumpe, der flytter varme fra indersiden af køleskabet til dets ydre miljø. Det bruger konvektion til at cirkulere kold luft omkring maden.
fryseskabet afkøler luften øverst. Når luften synker, erstattes den af varmere luft, der stiger nedenunder., Denne cirkulerende luft bærer varme fra alle genstande i køleskabet.
Cumulus og Cumulonimbus skyer
Cumulus skyer
Type: naturlig konvektion
Cumulus og Cumulonimbus er to forskellige typer skyer, der dannes og vokser via konvektion. De er dannet af vanddamp båret af kraftige opadgående luftstrømme.da konvektionsskyer har tendens til at danne sig hurtigt i de stigende luftkolonner, er de optisk tætte., Overfladerne af små dråber i disse skyer spreder sollyset mere end skyerne, der indeholder færre eller større dråber. Derfor ser disse skyer ofte mørkegrå ud på siderne væk fra Solen og lyse hvide på siderne mod den.
Læs: 10 Grundlæggende Typer af Skyer i forhold Til Deres Højde Niveauer
Blodcirkulationen
Type: Tvungen Konvektion
Mennesker og andre pattedyr ansætte konvektion til at regulere kroppens temperatur., Hjertet pumper blod gennem hele kroppen med en gennemsnitlig hastighed på 5 liter pr.
hvis hudtemperaturen er lavere end den omgivende lufttemperatur, får kroppen varme ved konvektion og ledning. Men hvis hudtemperaturen er højere, mister kroppen varme ved konvektion og ledning. I overfladevæv, hvor blodcirkulationen er højere, er varmeoverførslen hovedsageligt konvektiv.,
Marangoni-effekt
eksperimentel demonstration af Marangoni-effekt | .ikimedia
Type: naturlig konvektion
Marangoni-effekten er konvektion af væsker på grund af en gradient af overfladespændingen. Overfladespænding afhænger af temperaturen eller sammensætningen af forbindelserne. I det første tilfælde kaldes effekten termo-kapillær konvektion.
tilstedeværelsen af en gradient i overfladespænding får naturligvis væsken til at strømme væk fra områder med lav overfladespænding., Dette sker, fordi væsken med en høj overfladespænding trækker stærkere på nærliggende væske end en med lav overfladespænding.
Bevægelsen af Jordens Kappe
Hele-kappe konvektion | Wikimedia
Type: Naturlig Konvektion
bevægelsen af Jordens faste silikat kappe, der førte fra konvektionsstrømme, som transporterer varme fra det indre til planetens overflade, kaldes Jorden konvektion.,
Mere specifikt, kappe konvektion er drevet af tre fundamentale processer:
- varmetab fra kernen (20%)
- det Indre varme fra radioaktivt henfald (80%)
- Køling fra oven (forliset af lithospheric plader)
Det forårsager det bevægelser i lithospheric plader, overflade vulkansk aktivitet, magmatism, jordskælv, samt de fleste af de tektoniske og geologiske processer, der har manifesteret sig i skorpen. Når varmeproduktionen reduceres, afkøles planeten, og i sidste ende bremser eller stopper konvektionen helt.,
Læs: 4 forskellige jordlag/forklaret
stjerner har konvektions Starsone
Type: naturlig konvektion
forskellige turbulente aktiviteter, der forekommer inde i stjernen, får energi til at bevæge sig udad. Når gasser opvarmes (på grund af energiflu.fra dybere inde i stjernen) til temperaturer, der er højere end den omgivende gas, stiger de, udvides og afkøles. Når de termiserer, holder de op med at stige.
generelt har stjerner med lav masse strålekerner og konvektive konvolutter, mens stjerner med høj masse har konvektive kerner og strålekuverter., Solens konvektions zoneone er for eksempel det yderste lag af interiøret, der strækker sig fra en dybde på 200.000 kilometer op til den synlige overflade. Dette betyder, at energien overføres gennem konvektion i denne region.
Tilvækst Diske Af Sorte Huller
Type: Naturlig Konvektion
Dette er ganske usædvanligt eksempel, men forskning og simuleringer viser, at konvektion af støv og gas, der opstår i den sorte huller ” accretion diske ved hastigheder tæt på lysets., Forbindelsesbevægelserne udvikles ved spredning af intense gravitations-og rotationsenergier i tilvækststrømmene.