Hvad er naturlig konvektion?
Naturlig konvektion er en type varmeoverførsel, hvor ikke-menneskelige kræfter påvirker afkøling og opvarmning af væsker, såsom gasser og væsker. Varmeoverførsel skaber en cyklus kaldet en konvektionsstrøm, hvor en varm væske erstattes af en køligere. Alle væsker og stof er lavet af små bygningsblokke kaldet atomer, som grupperes i molekyler. Bevægelsen af disse molekyler er det, der får væsker til at stige eller falde.
Naturlig konvektion hjælper med at forklare mange af jordens naturlige systemer, såsom havstrømme og de atmosfæriske lag. Det er i modsætning til tvungen konvektion, der fungerer efter samme princip, men har en varmekilde oprettet af menneskeskabte apparater, såsom luft- eller vandventilatorer, der accelererer varmeoverførselscyklussen. Både tvungen og naturlig konvektion kan bruges til specifikke formål, såsom opvarmning af boliger eller en kommunal vandforsyning.
Når de påvirkes af en varmekilde, såsom solen eller underjordisk varme, stiger væsker ofte op. Når solen for eksempel varmer jordoverfladen, er luften ved jorden næsten altid varmere end luft højere op på himlen. Varme udvider mellemrummet mellem molekyler, gør luften lettere og hæver den over overfladen. Når luften stiger længere væk fra den varme jord, køles molekylerne ned og komprimerer. Denne køligere og tungere luft trækkes derefter ned af tyngdekraften, hvor den varmer op igen og starter cyklussen på ny.
Havstrømme oprettes også på grund af naturlig konvektion, kombineret med ændringer i vind og saltvandsdensitet. Kold vind, der passerer over vandoverfladen, får molekylerne til at komprimere og synke ned mod havbunden. Når vandet bevæger sig tættere på ækvator, varmer det op og stiger igen. Dette skaber massive havstrømme, der strømmer langs kontinentale kyster og påvirker vejret i de omkringliggende landområder.
Typisk er en vigtig komponent i naturlig konvektion Newton's Cooling Law. Denne videnskabelige lov hedder, at den hastighed, som et stof mister varme er direkte relateret til temperaturen på det objekt, der virker på det. Med andre ord, jo koldere genstanden er, jo mere varme vil væsken miste. Et eksempel på denne lov i aktion er virkningen af at tilføje isterninger til en drink - en terning vil kun fjerne en lille portion varme, men en håndfuld vil nedkøle drikken meget hurtigere.