que se passe-t-il lorsque vous laissez un bol de soupe chaude sur une table? Il fait froid après un certain temps en raison de la perte de chaleur de l’air environnant. Et c’est (transfert de chaleur) ce que nous appelons la convection.
Il existe trois types de transfert de chaleur: le rayonnement, la conduction et la convection. Dans le rayonnement, la chaleur est transférée sous forme d’ondes électromagnétiques. Dans la conduction, la chaleur se déplace entre les corps qui sont physiquement connectés.,
La Convection, cependant, est la forme de transfert de chaleur la plus complexe car elle implique le mouvement en masse de molécules dans des fluides tels que les liquides et les gaz. En termes simples, la convection ne peut se produire que dans les liquides et les gaz.
le transfert convectif de chaleur et de masse (dans les fluides) se fait par deux mécanismes:
- Diffusion: le mouvement net des molécules d’une région de concentration plus élevée vers une région de concentration plus faible.
- Advection: transport de matière ou de chaleur par le mouvement en masse des courants dans le fluide.,
aucun des procédés n’a lieu dans des solides rigides. Cependant, un transfert de chaleur par convection peut se produire dans les solides mous ou les mélanges où les particules solides peuvent se déplacer d’une position à une autre.
le transfert de chaleur convectif peut être divisé en deux catégories: naturel et forcé.
en convection libre ou naturelle, les courants ne sont produits que par des différences de densité dérivées de la température dans le fluide. Alors que, dans la convection forcée, les courants sont dus à un facteur externe tel qu’un ventilateur ou une pompe. Plus le fluide se déplace rapidement, plus le taux de convection est rapide.,
maintenant que vous avez une idée générale de ce qu’est réellement la convection, passons aux différents exemples et applications. Ci-dessous, nous avons énuméré de nombreux exemples de transfert de chaleur par convection que vous voyez dans votre vie quotidienne.
l’Eau Bouillante
Type: Convection Forcée
Lorsque vous mettre la bouilloire sur le poêle, il chauffe l’eau à partir du fond. Les molécules près du fond gagnent de l’énergie cinétique et deviennent moins denses., Puisque l’eau chaude au fond est moins dense que l’eau froide au-dessus, l’eau chaude commence à remonter à la surface tandis que l’eau froide coule.
L’eau froide en bas puis devient chaud et moins dense que l’eau au dessus d’elle, il remonte à la surface. Le processus se répète encore et encore, et tout se produit en raison de la différence de température entre le bas et le haut de la bouilloire. Les mouvements des molécules d’eau sont des courants de convection.,
Dissipateur de Chaleur
Type: Convection Forcée
Le dissipateur de chaleur est un dispositif passif d’échangeur de chaleur qui améliore le taux de transfert de chaleur du convective. Il est largement utilisé dans les équipements électroniques. Par exemple, un CPU/GPU conventionnel utilise un dissipateur de chaleur en conjonction avec un ventilateur pour maintenir la température de fonctionnement dans les limites tolérables.
généralement, un dissipateur de chaleur se compose d’une base et d’ailettes qui s’étendent vers l’extérieur. Ses performances sont affectées par divers facteurs tels que la vitesse de l’air, la conception des ailettes et le matériau utilisé pour construire le dissipateur de chaleur.,
brise terrestre et Marine
crédit D’Image: Freepik
Type: Convection naturelle
la formation de la brise terrestre et Marine est l’un des exemples classiques de convection. Le soleil réchauffe la surface de la terre et de la mer pendant la journée. Mais comme la terre a moins de capacité d’absorption de la chaleur que la mer, sa température de surface augmente, réchauffant l’air qui l’entoure. L’air chaud (moins dense) commence à monter et une basse pression est créée.
dans le même temps, une zone de haute pression se développe (avec de l’air froid et dense) au-dessus de la mer., En raison de la différence de pression, le flux d’air de la mer à la terre, et l’air froid qui vient s’appelle une brise de mer.
le processus s’inverse pendant la nuit. La terre se refroidit plus rapidement que la mer, diminuant la température de l’air autour d’elle et créant une situation de haute pression. Maintenant, l’air froid coule de la terre à la mer, et c’est ce que nous appelons la brise terrestre.
dans les deux cas, les transferts de chaleur à travers les molécules d’air.,
effet de cheminée
Type: convection forcée
lorsque de l’air Entre et sort des bâtiments, des cheminées ou d’autres structures similaires, en raison de la flottabilité, on parle d’effet de cheminée. Cela se produit en raison des différences de température/humidité intérieure et extérieure. L’air froid haute densité pousse toujours les gaz chauds basse densité vers le haut.
Plus la structure est haute et plus la différence thermique est élevée, plus la force de flottabilité et donc l’effet de cheminée sont importants., De nombreux gratte-ciel et tours de refroidissement utilisent le même principe pour obtenir une ventilation et une infiltration naturelles.
four à Convection
four à convection industriel utilisé dans l’industrie aéronautique
Type: convection forcée
Les fours à Convection utilisent un mécanisme de convection pour cuire les aliments plus rapidement que les fours conventionnels. Ils ont des ventilateurs pour faire circuler l’air chaud autour des aliments, ce qui permet aux aliments de cuire plus uniformément à des températures plus basses et en moins de temps., Les fours à convection industriels sont utilisés pour fabriquer de nombreux produits, y compris des articles non alimentaires.
la Fonte De la Glace
Type: Convection Naturelle
la Convection joue un rôle majeur dans le processus de réduction de l’épaisseur de la glace. Comme l’air chaud souffle sur la surface de la glace, il augmente la température de la glace de la couche externe. Plus l’air est chaud et plus il souffle vite, moins la glace mettra de temps à fondre.,
Radiateur
Type: Convection Forcée
Un Radiateur transferts d’énergie thermique à partir d’un milieu à un autre. Malgré le nom, la plupart des radiateurs utilisent la convection (au lieu du rayonnement thermique) pour transférer la majeure partie de leur chaleur. Ils sont principalement utilisés dans les bâtiments, les automobiles et l’électronique.
Dans un système de chauffage de pièce, par exemple, de l’eau chaude ou parfois de la vapeur est générée dans les serpentins internes. Lorsque l’eau chauffe la bobine, l’air à côté du radiateur se réchauffe et augmente., Une fois que l’air chauffé monte, de l’air frais peut être aspiré dans et à travers le radiateur par le dessous. Ce flux d’air génère des courants verticaux qui distribuent l’air chaud dans toute la pièce.
réfrigérateur
Type: convection forcée
un réfrigérateur contient un compartiment isolé thermiquement et une pompe à chaleur qui déplace la chaleur de l’intérieur du réfrigérateur vers son environnement extérieur. Il utilise la convection pour faire circuler l’air froid autour des aliments.
le compartiment congélateur refroidit l’air en haut. Comme l’air coule, il est remplacé par de l’air plus chaud qui monte d’en bas., Cet air circulant emporte la chaleur de tous les articles du réfrigérateur.
cumulus et Cumulonimbus
Cumulus
Type: Convection naturelle
Les Cumulus et les Cumulonimbus sont deux types de nuages différents qui se forment et se développent par convection. Ils sont formés à partir de vapeur d’eau transportée par de puissants courants d’air ascendants.
comme les nuages de convection ont tendance à se former rapidement dans les colonnes montantes d’air, ils sont optiquement denses., Les surfaces de minuscules gouttelettes dans ces nuages dispersent la lumière du soleil plus que les nuages contenant moins ou plus de gouttelettes. C’est pourquoi ces nuages ont souvent l’air gris foncé sur les côtés éloignés du Soleil et blanc brillant sur les côtés qui lui font face.
Lire: 10 types de nuages de base en fonction de leur Altitude
Circulation sanguine
Type: Convection forcée
Les humains et les autres mammifères utilisent la convection pour réguler la température corporelle., Le cœur pompe le sang dans tout le corps à un débit moyen de 5 litres par minute, et la chaleur produite par les cellules du corps est transférée à l’air (ou à l’eau) qui coule sur la peau.
Si la température de la peau est inférieure à celle de la température de l’air environnant, le corps gagne de la chaleur par convection et conduction. Mais, si la température de la peau est plus élevée, le corps perd de la chaleur par convection et conduction. Dans les tissus de surface, où le taux de circulation sanguine est plus élevé, le transfert de chaleur est principalement convectif.,
Effet Marangoni
démonstration Expérimentale de l’Effet Marangoni | Wikimedia
Type: Convection Naturelle
L’effet Marangoni est la convection des fluides en raison d’un gradient de la tension de surface. La tension superficielle dépend de la température ou de la composition des composés. Dans le premier cas, l’effet est appelé convection thermo-capillaire.
la présence d’un gradient de tension superficielle provoque naturellement l’écoulement du liquide loin des régions de faible tension superficielle., Cela se produit parce que le liquide avec une tension superficielle élevée tire plus fortement sur le liquide voisin qu’un liquide avec une faible tension superficielle.
le mouvement du manteau terrestre
convection du manteau entier | Wikimedia
Type: Convection naturelle
le mouvement du manteau de silicate solide de la Terre résultant de courants de convection, qui transportent la chaleur de l’intérieur à la surface de la planète, est appelé convection terrestre.,
plus précisément, la convection du manteau est entraînée par trois processus fondamentaux:
- perte de chaleur du noyau (20%)
- chauffage interne par désintégration radioactive (80%)
- refroidissement par le haut (affaissement des plaques lithosphériques)
elle provoque les mouvements des plaques lithosphériques, l’activité volcanique de surface, le magmatisme, les tremblements de terre, ainsi que la plupart des processus tectoniques et géologiques qui se manifestent dans la croûte. À mesure que le taux de production de chaleur diminue, la planète se refroidit et, finalement, la convection ralentit ou s’arrête complètement.,
Lire: 4 couches différentes de la Terre/expliqué
les étoiles ont une zone de Convection
Type: Convection naturelle
diverses activités turbulentes, survenant à l’intérieur de l’étoile, font que l’énergie se déplace vers l’extérieur. Lorsque les gaz chauffent (en raison du flux d’énergie provenant de plus profondément à l’intérieur de l’étoile) à des températures plus élevées que le gaz environnant, ils augmentent, se dilatent et se refroidissent. Une fois qu’ils se thermalisent, ils cessent de monter.
généralement, les étoiles de faible masse ont des noyaux radiatifs et des enveloppes convectives, alors que les étoiles de grande masse ont des noyaux convectifs et des enveloppes radiatives., La zone de convection du soleil, par exemple, est la couche la plus externe de l’intérieur, qui s’étend d’une profondeur de 200 000 kilomètres jusqu’à la surface visible. Cela signifie que l’énergie est transférée par convection dans cette région.
disques D’accrétion de trous noirs
Type: Convection naturelle
cet exemple est assez inhabituel, mais la recherche et les simulations montrent que la convection de poussière et de gaz se produit dans les disques d’accrétion des trous noirs à des vitesses proches de celle de la lumière., Les mouvements conjonctifs sont développés par la dissipation d’énergies gravitationnelles et rotationnelles intenses dans les flux d’accrétion.