mi történik, ha egy tál forró levest hagy az asztalon? Egy idő után hideg lesz a környező levegő hővesztesége miatt. És ezt hívjuk konvekciónak.
háromféle hőátadás létezik: sugárzás, vezetés és konvekció. A sugárzás során a hőt elektromágneses hullámok formájában továbbítják. A vezetésben a hő a fizikailag összekapcsolt testek között halad.,
a konvekció azonban a hőátadás legösszetettebb formája, mivel magában foglalja a molekulák ömlesztett mozgását folyadékokban, például folyadékokban és gázokban. Egyszerűen fogalmazva, a konvekció csak folyadékokban és gázokban történhet.
konvektív hő és tömegátadás (folyadékokban) két mechanizmuson keresztül történik:
- diffúzió: a molekulák nettó mozgása egy magasabb koncentrációjú régióból egy alacsonyabb koncentrációjú régióba.
- Advection: anyag vagy hő szállítása a folyadék áramának ömlesztett mozgásával.,
egyik folyamat sem zajlik merev szilárd anyagokban. A konvektív hőátadás azonban lágy szilárd anyagokban vagy keverékekben fordulhat elő, ahol a szilárd részecskék egyik helyzetből a másikba utazhatnak.
a konvektív hőátadás két kategóriába sorolható: természetes és kényszerített.
szabad vagy természetes konvekcióban az áramokat csak a folyadék hőmérséklet-származtatott sűrűségi különbségei állítják elő. Míg kényszerített konvekció esetén az áramok külső tényezőnek, például ventilátornak vagy szivattyúnak köszönhetők. Minél gyorsabban mozog a folyadék, annál gyorsabb a konvekció sebessége.,
most, hogy általános elképzelése van arról, hogy valójában mi a konvekció, térjünk át a különböző példákra és alkalmazásokra. Az alábbiakban felsoroltunk rengeteg példát konvektív hőátadás, hogy látod a mindennapi életben.
forrásban lévő víz
Típus: kényszerített konvekció
amikor a vízforralót a tűzhelyre helyezi, alulról melegíti a vizet. Az alsó rész közelében lévő molekulák kinetikus energiát nyernek, és kevésbé sűrűvé válnak., Mivel az alján lévő forró víz kevésbé sűrű, mint a felette lévő hideg víz, a forró víz a felszínre emelkedik, miközben a hideg víz elsüllyed.
az alján lévő hideg víz ezután felforrósodik és kevésbé sűrű, mint a felette lévő víz, így a felszínre emelkedik. A folyamat újra és újra megismétlődik, és mindez a vízforraló alja és teteje közötti hőmérsékletkülönbség miatt történik. A vízmolekulák mozgása konvekciós áram.,
hűtőborda
Típus: kényszerű konvekció
a hűtőborda egy passzív hőcserélő, amely javítja a konvektív hőátadás sebességét. Széles körben használják az elektronikus berendezésekben. Például egy hagyományos CPU / GPU hűtőbordát használ egy ventilátorral együtt, hogy az üzemi hőmérsékletet elfogadható határokon belül tartsa.
általában a hűtőborda egy alapból és egy kifelé húzódó uszonyból áll. Teljesítményét számos tényező befolyásolja, mint például a levegő sebessége, a fin kialakítása, valamint a hűtőborda építéséhez használt anyag.,
Land and Sea Breeze
Image credit: Freepik
Típus: természetes konvekció
a szárazföldi és tengeri szellő kialakulása a konvekció egyik klasszikus példája. A nap felmelegszik mind a szárazföldön, mind a tenger felszínén a nap folyamán. De mivel a föld kevesebb hőelnyelő képességgel rendelkezik, mint a tenger, felszíni hőmérséklete nő, felmelegítve a levegőt körülötte. A meleg (kevésbé sűrű) levegő emelkedni kezd, alacsony nyomás keletkezik.
ugyanakkor nagynyomású terület alakul ki (hideg, sűrű levegővel) a tenger tetején., A nyomáskülönbség miatt a levegő a tengerből a szárazföldre áramlik, a hideg levegőt pedig tengeri szellőnek nevezik.
a folyamat az éjszaka folyamán megfordul. A föld gyorsabban lehűl, mint a tenger, csökkenti a körülötte lévő levegő hőmérsékletét, és nagynyomású helyzetet teremt. Most a hideg levegő áramlik a földről a tengerbe, és ezt hívjuk a szárazföldi szellőnek.
mindkét esetben a hő légmolekulákon keresztül jut át.,
Kéményhatás
Típus: kényszerű konvekció
amikor a levegő áramlik az épületekbe, füstgázkötegekbe vagy más hasonló szerkezetekbe, felhajtóerő miatt kéményhatásnak nevezik. Ez történik a beltéri és kültéri hőmérséklet / nedvesség különbségek miatt. A nagy sűrűségű hideg levegő mindig felemeli az alacsony sűrűségű forró gázokat.
minél magasabb a szerkezet, annál nagyobb a termikus különbség, annál nagyobb a felhajtóerő, így a kéményhatás., Sok felhőkarcoló és hűtőtorony ugyanazt az elvet alkalmazza a természetes szellőzés és beszivárgás elérése érdekében.
konvekciós sütő
a repülőgépgyártó iparban használt ipari konvekciós sütő
típus: kényszerű konvekciós
konvekciós sütők konvekciós mechanizmust használnak az élelmiszerek gyorsabb szakácsához, mint a hagyományos sütők. A rajongók meleg levegőt keringenek az étel körül, ami lehetővé teszi, hogy az étel egyenletesebben szakácsoljon alacsonyabb hőmérsékleten és kevesebb idő alatt., Az ipari konvekciós sütőket számos termék gyártására használják, beleértve a nem élelmiszeripari termékeket is.
jégolvadás
Típus: természetes konvekció
konvekció fontos szerepet játszik a jégvastagság csökkentésének folyamatában. Ahogy meleg levegő fúj a jég felszínén, növeli a jég külső rétegének hőmérsékletét. Minél melegebb a levegő, annál gyorsabban fúj, annál kevesebb idő telik el a jég olvadására.,
Típus: kényszerű konvekció
a radiátor hőenergiát továbbít egyik közegből a másikba. A név ellenére a legtöbb radiátor konvekciót (a termikus sugárzás helyett) használ a hő nagy részének átvitelére. Ezek többnyire használt épületek, autók, elektronika.
egy helyiségfűtési rendszerben például forró víz vagy néha gőz keletkezik a belső tekercsekben. Ahogy a víz felmelegíti a tekercset,a radiátor melletti levegő felmelegszik., Miután a fűtött levegő felemelkedik, hideg levegőt lehet beszívni a radiátoron keresztül alulról. Ez a légáramlás függőleges áramokat generál, amelyek meleg levegőt terjesztenek a helyiségben.
hűtőszekrény
Típus: kényszerű konvekció
a hűtőszekrény egy hőszigetelt rekeszt és egy hőszivattyút tartalmaz, amely a hűtő belsejéből a külső környezetbe mozgatja a hőt. Konvekciót használ, hogy hideg levegőt keringessen az élelmiszer körül.
a fagyasztó rekesz lehűti a levegőt a tetején. Mivel a levegő süllyed, helyébe melegebb levegő emelkedik alulról., Ez a keringő levegő hőt szállít a hűtőszekrény összes eleméből.
Cumulus és Cumulonimbus felhők
Cumulus felhők
Típus: természetes konvekció
Cumulus és Cumulonimbus két különböző típusú felhő, amelyek konvekcióval alakulnak ki és nőnek. Vízgőzből vannak kialakítva, amelyet erős felfelé irányuló légáramok szállítanak.
mivel a konvekciós felhők gyorsan kialakulnak a növekvő légoszlopokban, optikailag sűrűek., Ezekben a felhőkben az apró cseppek felülete jobban szétszórja a napfényt, mint a kevesebb vagy nagyobb cseppeket tartalmazó felhők. Ez az oka annak, hogy ezek a felhők gyakran sötétszürkének tűnnek a naptól távol eső oldalakon, fényes fehér pedig a vele szemben álló oldalakon.
Read: 10 alapvető típusú felhők magasságuk szerint
vérkeringés
Típus: kényszerű konvekció
az emberek és más emlősök konvekciót alkalmaznak a testhőmérséklet szabályozására., A szív átlagosan 5 liter / perc sebességgel szivattyúzza a vért az egész testben,a testsejtek által termelt hő pedig a bőrön átáramló levegőre (vagy vízre) kerül.
Ha a bőr hőmérséklete alacsonyabb, mint a környező levegő hőmérséklete, a test konvekcióval és vezetéssel hőt nyer. De ha a bőr hőmérséklete magasabb, a test konvekcióval és vezetéssel veszít hőt. A felszíni szövetekben, ahol a vérkeringés sebessége magasabb, a hőátadás elsősorban konvektív.,
Marangoni-effektus
Marangoni-effektus | Wikimedia
Típus: természetes konvekció
a Marangoni-effektus a folyadékok konvekciója a felületi feszültség gradiensének következtében. A felületi feszültség a vegyületek hőmérsékletétől vagy összetételétől függ. Az előbbi esetben a hatást termo-kapilláris konvekciónak nevezik.
a felületi feszültség gradiensének jelenléte természetesen a folyadék áramlását okozza az alacsony felületi feszültség régióitól., Ez azért történik, mert a nagy felületi feszültségű folyadék erősebben húz a közeli folyadékra, mint az alacsony felületi feszültséggel.
A Mozgás a Föld Köpenye
Teljes-köpeny konvekciós | Wikimedia
Típus: Természetes Konvekció
a mozgalom A Föld szilárd szilikát köpeny eredményezett konvekciós áramlatok, amelyekhez hőt a belső, hogy a bolygó felszínén, az úgynevezett Föld konvekció.,
pontosabban, a köpeny konvekciót három alapvető folyamat hajtja:
- a magból származó hőveszteség (20%)
- a radioaktív bomlásból származó belső fűtés (80%)
- hűtés felülről (litoszférikus lemezek süllyedése)
a litoszférikus lemezek mozgását, felszíni vulkáni aktivitást, magmatizmust, földrengéseket, valamint a kéregben megnyilvánuló tektonikus és geológiai folyamatok nagy részét okozza. Ahogy a hőtermelés üteme csökken, a bolygó lehűl, végül a konvekció lelassul vagy teljesen leáll.,
Olvassa el: 4 Különböző Rétegek A Föld | Elmagyarázta,
Csillagok Konvekciós Zóna
Típus: Természetes Konvekció
a Különböző turbulens tevékenység, amely belül, a csillag, mert energiát, hogy mozog kifelé. Amikor a gázok felmelegednek (a csillag belsejéből származó energiaáram miatt) a környező gáznál magasabb hőmérsékletre, emelkednek, kitágulnak és lehűlnek. Miután termalizálnak, abbahagyják az emelkedést.
általában az alacsony tömegű csillagok sugárzó magokkal és konvektív borítékokkal rendelkeznek, míg a nagy tömegű csillagok konvektív magokkal és sugárzó borítékokkal rendelkeznek., A nap konvekciós zónája például a belső legkülső réteg, amely 200 000 kilométer mélységtől a látható felületig terjed. Ez azt jelenti, hogy az energiát konvekción keresztül továbbítják ebben a régióban.
fekete lyukak Gyűjtőlemezei
Típus: természetes konvekció
Ez meglehetősen szokatlan példa, de a kutatások és szimulációk azt mutatják, hogy a fekete lyukak felhalmozódó lemezeiben por és gáz konvekció fordul elő a fényhez közeli sebességgel., A kötőszöveti mozgásokat az intenzív gravitációs és forgási energiák eloszlatásával fejlesztik ki az akkumulációs áramlásokban.