Hva skjer når du forlater en bolle med varm suppe på bordet? Det blir kaldt etter en tid på grunn av tap av varme til luften omkring. Og det er (overføring av varme) hva kaller vi konveksjon.
Det er tre typer av varmeoverføring: stråling, ledning og konveksjon. I stråling, varme overføres i form av elektromagnetiske bølger. I ledningsforstyrrelser, varme reiser mellom enheter som er fysisk tilkoblet.,
Konveksjon, imidlertid, er den mest komplekse form av varmeoverføring fordi det innebærer bulk bevegelse av molekyler i væsker som væsker og gasser. I enkle termer, konvektorer kan bare skje i væsker og gasser.
Konvektiv varme-og masseoverføring (i væsker) finner sted via to mekanismer:
- Diffusjon: netto bevegelse av molekyler fra et område med høyere konsentrasjon til et område med lavere konsentrasjon.
- Advection: transport av saken eller varme av bulk bevegelse av havstrømmer i væske.,
ingen av de prosesser som finner sted i stive faste stoffer. Imidlertid, konvektiv varmeoverføring kan oppstå i myke faste stoffer eller blandinger der faste partikler kan reise seg fra en posisjon til en annen.
Konvektiv varmeoverføring kan deles inn i to kategorier: naturlig og tvang.
gratis eller naturlig konveksjon, strøm produseres bare av temperatur-avledet tetthet forskjeller i væsken. Mens, i tvungen konveksjon, strømmene er på grunn av eksterne faktorer som for eksempel en vifte eller pumpe. Jo raskere væsken beveger seg, jo raskere frekvensen av konveksjon.,
Nå som du har en generell ide om hva konveksjon faktisk er, la oss gå til ulike eksempler og anvendelser. Nedenfor har vi listet opp mange eksempler på konvektiv varmeoverføring som du ser i din hverdag.
Kokende Vann
Skriv: Tvungen Konveksjon
Når du setter kjelen på komfyren, den varmer opp vann fra bunnen. Molekylene i nærheten nederst få kinetisk energi og bli mindre tett., Siden det varme vannet i bunnen er mindre tett enn kaldt vann over den, varmt vann starter stiger til overflaten, mens det kalde vannet synker.
Det kalde vannet på bunnen så blir varm og har en lavere tetthet enn vann over den, så den stiger til overflaten. Prosessen gjentas igjen og igjen, og det hele skjer på grunn av temperaturforskjellen mellom bunnen og toppen av kjelen. Bevegelsene av vannet molekylene er konveksjon strømninger.,
kjøleribben
Skriv: Tvungen Konveksjon
kjøleribben er en passiv varmeveksler som forbedrer hastigheten av konvektiv varmeoverføring. Det er mye brukt i elektronisk utstyr. For eksempel, en vanlig CPU/GPU bruker en kjøleribbe i forbindelse med en vifte for å holde driftstemperaturen er innenfor akseptabel grense.
Vanligvis, en kjøleribbe består av en base og finnene som strekker seg utover. Ytelsen er påvirket av en rekke faktorer, for eksempel air fart, fin design, og materiell som brukes til å bygge kjøleribben.,
Land og Sjø Bris
Bilde credit: Freepik
Skriv: Naturlig Konveksjon
dannelsen av land og havbris er en av de klassiske eksempler på konveksjon. Solen varmer opp både land og hav overflaten i løpet av dagen. Men siden landet har mindre varme-absorberende kapasitet enn havet, dets overflate temperatur øker, varme opp luften rundt det. Den varme (mindre tett) air begynner å stige, og lavt trykk er opprettet.
På samme tid, en høy-press-området utvikler seg (med kalde, tett luft) over toppen av havet., På grunn av forskjellen i trykk, luft strømmer fra havet til land, og den kalde luften som kommer sammen kalles en havbris.
prosessen blir reversert i løpet av natten. Landet har kjølt seg ned raskere enn havet, redusere temperaturen rundt det og skape et høyt trykk situasjon. Nå er det kald luft strømmer fra land til sjø, og dette er hva vi kaller landet bris.
I begge tilfeller, varme overføringer gjennom luftmolekyler.,
skorsteinseffekten
Skriv: Tvungen Konveksjon
Når luft strømmer inn og ut av bygninger, flue gas stabler, eller andre lignende strukturer, på grunn av oppdrift, det kalles skorsteinseffekten. Det skjer på grunn av innendørs og utendørs temperatur/fuktighet forskjeller. Høy tetthet kald luft alltid skyver lav tetthet varme gasser opp.
Jo høyere struktur og høyere termisk forskjell, jo mer oppdrift kraft og dermed skorsteinseffekten., Mange skyskrapere og kjøletårn bruke samme prinsipp for å oppnå naturlig ventilasjon og infiltrasjon.
Konveksjon Ovn
En industriell konveksjon ovn som brukes i fly-industrien
Skriv: Tvungen Konveksjon
konveksjonsovner bruk konveksjon mekanisme for å lage mat raskere enn konvensjonelle ovner. De har fans til å sirkulere varm luft rundt maten, noe som gjør at mat til å lage mer jevnt ved lavere temperaturer, og i mindre tid., Industriell konveksjonsovner som er brukt til produksjon av mange produkter, inkludert ikke-matvarer.
Smelting Av Isen
Skriv: Naturlig Konveksjon
Konveksjon spiller en viktig rolle i prosessen med å redusere is tykkelse. Ettersom varm luft blåser over overflaten av isen, det øker temperaturen på isen ytre lag. Jo varmere luften og jo raskere det blåser, jo mindre tid ice vil ta å smelte.,
Radiator
Skriv: Tvungen Konveksjon
En Radiator overføringer termisk energi fra ett medium til et annet. Til tross for navnet, de fleste radiatorer bruk konveksjon (i stedet for termisk stråling) til å overføre hoveddelen av sine varme. De er mest brukt i bygninger, biler og elektronikk.
I et rom, varmeanlegg, for eksempel, varmt vann eller noen ganger steam er generert i den interne spoler. Som vannet varmer opp coil, luft ved siden av radiatoren varmer og reiser., Når varm luft stiger, kjølig luft kan trekkes inn i og gjennom radiatoren fra undersiden. Denne luftstrømmen genererer vertikale strømninger som distribuerer varme luften i rommet.
Kjøleskap
Skriv: Tvungen Konveksjon
Et kjøleskap inneholder en varmeisolert rom og en varmepumpe som flytter varme fra innsiden av kjøleskapet til ytre miljø. Den bruker konveksjon sirkulerer kald luft rundt maten.
I fryseren kjøler luften på toppen. Som luft synker, den er byttet ut av varmere luft stiger opp fra under., Denne sirkulerer luften bærer bort varme fra alle elementer i kjøleskapet.
Cumulus og Cumulonimbusskyer
Cumulus skyer
Skriv: Naturlig Konveksjon
Cumulus og Cumulonimbusskyer er to forskjellige typer skyer som dannes og vokse gjennom konveksjon. De er dannet fra vanndamp gjennomført av kraftig oppadgående luftstrømmer.
Siden konveksjon skyer har en tendens til å danne raskt i stigende kolonner med luft, de er optisk tetthet., Overflater av ørsmå dråper i disse skyene scatter sollyset mer enn skyene som inneholder færre eller større dråper. Dette er grunnen til at disse skyene ser ofte mørk grå på sidene vekk fra Solen og lyse, hvite på sidene som vender mot det.
Les: 10 Grunnleggende Typer Skyer i Henhold Til Deres Høyde Nivåer
Blodsirkulasjonen
Skriv: Tvungen Konveksjon
Mennesker og andre pattedyr ansette konveksjon til å regulere kroppstemperaturen., Hjertet pumper blod gjennom kroppen på en gjennomsnittlig rente på 5 liter per minutt, og varmen som produseres av kroppens celler er overført til luft (eller vann) flyter over huden.
Hvis huden temperaturen er lavere enn det av den omgivende luft temperatur, kroppen får varme ved konveksjon og ledelse. Men, hvis huden temperaturen er høyere, kroppen taper varme ved konveksjon og ledelse. I overflaten vev, hvor frekvensen av blodsirkulasjonen er høyere, varmeoverføring er hovedsakelig konvektiv.,
Marangoni Effekt
Eksperimentelle demonstrasjon av Marangoni Effekt | Wikimedia
Skriv: Naturlig Konveksjon
Marangoni effekt er konveksjon av væske på grunn av et fall på overflaten spenning. Overflatespenning avhenger av temperatur og sammensetning av forbindelser. I den tidligere sak, effekten kalles thermo-kapillær konveksjon.
tilstedeværelsen av en gradient i overflatespenning naturlig nok fører til at væske, å strømme vekk fra områder med lav overflatespenning., Dette skjer fordi væsken med en høy overflatespenning trekker sterkere på nærliggende væske enn en med lav overflatespenning.
Bevegelse av Jordens Mantel
Hele mantelen konveksjon | Wikimedia
Skriv: Naturlig Konveksjon
bevegelse av Jordens solid silikat mantelen resulterte fra konveksjon strømninger, som bærer varme fra det indre til planetens overflate, kalles Jorden konveksjon.,
Mer spesifikt, mantelen konveksjon er drevet av tre grunnleggende prosesser:
- varmetap fra kjernen (20%)
- Intern oppvarming fra radioaktive forfall (80%)
- Kjøling fra ovenfor (senkingen av lithospheric plater)
Det fører til bevegelser av lithospheric plater, surface vulkansk aktivitet, magmatism, jordskjelv, så vel som de fleste av de tektoniske og geologiske prosesser manifestert i jordskorpen. Som frekvensen av varme produksjon reduserer planeten kjøler ned, og til slutt konveksjon bremser eller stopper helt.,
Les: 4 Forskjellige Lag Av Jorden | Forklart
Stjerner Har Konveksjon Sone
Skriv: Naturlig Konveksjon
Ulike turbulent aktiviteter, som forekommer inne i stjernen, forårsake energi til å bevege seg utover. Når gasser varme opp (på grunn av energi flux fra dypere inne stjerne) til temperaturer som er høyere enn den omkringliggende gassen, de står opp, utvide og kule. Når de thermalize, stopper de stigende.
Vanligvis, lav masse stjerner har radiative kjerner og konvektiv konvolutter, mens høy masse stjerner har konvektiv kjerner og radiative konvolutter., Solen er konveksjon sone, for eksempel, er det ytterste laget av interiøret, som strekker seg fra en dybde på 200 000 kilometer opp til den synlige overflaten. Dette betyr at energien er overført gjennom konveksjon i denne regionen.
Accretion Disker For Sorte Hull
Skriv: Naturlig Konveksjon
Dette er en ganske uvanlig eksempel, men forskning og simuleringer viser at konveksjon av støv og gass som oppstår i det sorte hull’ accretion disker i hastigheter nær det av lys., De omkringliggende objektene er utviklet av spredning av intens gravitasjonsfelt og roterende energi i netto kontantstrømmer.