Co je to bezplatná konvekce?

Volná konvekce, také známá jako přirozená konvekce, je jev, ke kterému dochází, když se tekutina nebo plyn pohybuje v důsledku změn hustoty, ke kterým dochází uvnitř ní, spíše než v reakci na vnější zdroj pohybu, jako je ventilátor nebo turbína. Přirozenou konvekci lze překvapivě spatřit v přírodě, kde hraje roli v řadě různých přírodních procesů, a lze ji také vidět v prostředí kontrolovaném člověkem, od kuchyně po chemickou laboratoř. To se liší od nucené konvekce, při které je pohyb nucen pohybem zařízení, jako je ventilátor, jak je vidět v konvekční peci.

Přirozená konvekce nastává, když jsou tekutiny nestabilní. Jedna oblast se stává teplejší než ostatní, ztrácí hustotu a začíná stoupat a vytváří malý proud. Jak stoupá, teplo se přenáší do okolní chladicí tekutiny. Objeví se proudy a víry. V jednoduchém příkladu přirozené konvekce, pokud se kapka horké vody barvené potravinářským barvivem dostane do čiré skleněné mísy nedycené studené vody, bude možné sledovat pohyb barvené vody, dokud se směs nestabilizuje a pohyb se nezastaví.

Newtonův zákon chlazení má rozhodující roli ve volné konvekci. Podle Newtona lze rychlost změny teploty v tekutině považovat za úměrnou rozdílu mezi tekutinou a okolím. Toto ovlivňuje volnou konvekci, protože měnící se teploty vytvářejí nestabilitu, což vede k volnému proudění. Například povětrnostní systémy jsou silně ovlivněny pohybem horkého a studeného vzduchu, který je ovlivňován slunečním zářením, stykem se studenou vodou atd.

Proudění světových oceánů je přímým důsledkem volné konvekce. Jak se voda pohybuje směrem k pólu, ochlazuje se a stává se hustší a klesá směrem ke dnu. Mezitím se voda pohybující se k rovníku zahřívá a stává se lehčí, stoupá na povrch. To vytváří řadu komplexních proudů v celém oceánu, které vytvářejí nepřetržitou cirkulaci, udržující vodu v oceánu v neustálém pohybu.

Konvekční teorie také vysvětluje další přírodní procesy, jako je pohyb tekutin pod zemskou kůrou. Posun tekutin pod našimi nohama hraje roli v řadě přírodních procesů, přičemž tyto tekutiny se neustále pohybují v důsledku teplotních změn uvnitř Země. Konvekční proudy se také mohou protínat mezi sebou, jak je vidět v interakci mezi oceánem a povětrnostními systémy nad oceánem a v jeho blízkosti, které jsou ovlivněny teplotními změnami způsobenými pohybem oceánských proudů.