Co je to přirozená konvekce?

Přirozená konvekce je typ přenosu tepla, kde síly jiné než lidské ovlivňují chlazení a ohřívání tekutin, jako jsou plyny a kapaliny. Přenos tepla vytváří cyklus nazývaný konvekční proud, kde je horká tekutina nahrazena chladnější. Všechny tekutiny a hmota jsou vyrobeny z malých stavebních bloků nazývaných atomy, které se seskupují do molekul. Pohyb těchto molekul způsobuje vzestup nebo pokles tekutin.

Přirozená konvekce pomáhá vysvětlit mnoho přírodních systémů Země, jako jsou mořské proudy a atmosférické vrstvy. Je na rozdíl od nucené konvekce, která funguje na stejném principu, ale obsahuje zdroj tepla vytvořený umělými zařízeními, jako jsou ventilátory vzduchu nebo vody, které urychlují cyklus přenosu tepla. Nucená i přirozená konvekce může být použita pro specifické účely, jako jsou vytápění domů nebo obecní vodovod.

Při působení zdroje tepla, jako je slunce nebo podzemní teplo, často stoupají tekutiny. Například, když slunce zahřeje povrch Země, vzduch na zemi je téměř vždy teplejší než vzduch vyšší na obloze. Teplo rozšiřuje mezery mezi molekulami, takže vzduch je světlejší a zvyšuje ho nad povrch. Jak vzduch stoupá dále od horké půdy, molekuly se ochladzují a komprimují. Tento chladnější a těžší vzduch je poté zatažen gravitací, kde se znovu zahřeje a znovu začíná cyklus.

Oceánské proudy jsou také vytvářeny díky přirozené konvekci v kombinaci se změnami větru a hustoty slané vody. Studené větry procházející nad vodní hladinou způsobují, že se molekuly stlačují a klesají dolů k mořskému dnu. Jak se voda blíží k rovníku, ohřeje se a znovu stoupá. To vytváří obrovské mořské proudy, které tečou podél kontinentálního pobřeží a ovlivňují počasí v okolních pozemních oblastech.

Důležitou součástí přirozené konvekce je obvykle Newtonův zákon chlazení. Tento vědecký zákon uvádí, že rychlost, s jakou látka ztrácí teplo, přímo souvisí s teplotou předmětu, který na ni působí. Jinými slovy, čím chladnější je předmět, tím více tepla tekutina ztratí. Jedním příkladem tohoto zákona v akci je účinek přidání kostek ledu do nápoje - jedna kostka odvede jen malou část tepla, ale hrstka zchladí nápoj mnohem rychleji.