Was ist Konvektion?

Konvektion ist im Allgemeinen die Bewegung von Molekülen durch jeden flüssigen Zustand, einschließlich Flüssigkeiten und Gasen. Es ist die primäre Form des Wärme- und Stofftransfers auf der Erde und kommt in vielen Systemen auf der ganzen Welt vor. Viele Menschen kennen es aus dem Erhitzen ihrer Lebensmittel oder ihrer Häuser, und es spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Schaffung der Wetterbedingungen auf dem Planeten.

Es gibt zwei Hauptarten der Konvektion: erzwungene und natürliche. Eine erzwungene Konvektion tritt auf, wenn sich das die Wärme übertragende Medium von selbst bewegt, z. B. wenn Luft von einem Ventilator gedrückt wird. In diesem Fall wird die Wärme durch die Bewegung der Flüssigkeitsluft abgegeben, aber sie verursacht die Bewegung tatsächlich nicht. Manchmal wird erzwungene Konvektion auch als Wärmevorbereitung bezeichnet.

Natürliche Konvektion tritt auf, wenn das Medium, das die Wärme überträgt, dazu angeregt wird, sich durch die Wärme selbst zu bewegen. Dies geschieht sowohl, weil sich das Medium wie bei Gasen beim Aufheizen ausdehnt, als auch, weil durch Auftrieb die wärmere Flüssigkeit aufsteigt. Diese Form wird manchmal auch als freie Konvektion bezeichnet. Die beiden Arten, erzwungen und natürlich, treten häufig gleichzeitig auf, wenn die Wärme die Flüssigkeit in Bewegung versetzt, sie sich jedoch auch aufgrund einer anderen Kraft bewegt. In diesem Fall spricht man von gemischter Konvektion.

Erzwungene Konvektion ist an vielen Orten der Welt zu beobachten, sowohl in künstlichen Objekten als auch in der natürlichen Welt. Beispielsweise zwingt ein Konvektionsofen erwärmte Luft unter Verwendung eines Gebläses dazu, durch den Ofen zu zirkulieren. Obwohl sich die Luft von selbst bewegen kann, ermöglicht die Kraft eine gleichmäßige Wärmeabgabe. Innerhalb des menschlichen Körpers ist das Kreislaufsystem ein weiteres gutes Beispiel für erzwungene Konvektion. Blut, unter seinen vielen anderen Verwendungen, wirkt sowohl als Heiz- als auch als Kühlmittel für den Körper und wird durch das Kreislaufsystem gedrückt.

Natürliche Konvektion lässt sich am einfachsten erkennen, wenn Sie etwas über einer nicht aufgefächerten Wärmequelle platzieren, z. B. einem Heizkörper. Wenn die Luft direkt über der Heizung erwärmt wird, steigt sie auf, weil sie schwimmfähiger ist als die kalte Luft, die sie umgibt. Wenn Sie ein Stück Seidenpapier über die Heizung legen, wird es durch die natürliche Luftbewegung nach oben befördert. In ähnlicher Weise können Sie in einer Flüssigkeit den gleichen Effekt bei der Arbeit beobachten, indem Sie eine gefärbte Flüssigkeit erhitzen und in eine kältere Flüssigkeit mit einer anderen Farbe legen. Die warme Flüssigkeit steigt auf.

Konvektion spielt eine entscheidende Rolle bei der Erzeugung der Meeresströmungen und hilft dabei, die Wettermuster auf der ganzen Welt durch ein massives Konvektionssystem zu regulieren. Warme Wasserströme, die von der Sonne erwärmt werden, wandern vom Äquator zu den Polen und kühlen sich auf ihrer Reise stetig ab und helfen ihnen, zu sinken. Dort angekommen bewegen sie sich wieder und bilden ein riesiges Förderband, das in einigen Fällen mehr als 1.600 Jahre benötigt, um seine Reise abzuschließen.