Qu'est-ce que la convection libre?
La convection libre, également appelée convection naturelle, est un phénomène qui se produit lorsqu'un fluide ou un gaz se déplace en raison de changements de densité qui se produisent à l'intérieur de celui-ci, plutôt qu'en réponse à une source de mouvement externe telle qu'un ventilateur ou une turbine. Sans surprise, la convection naturelle est présente dans la nature, où elle joue un rôle dans de nombreux processus naturels. Elle peut également être observée dans des environnements contrôlés par l'homme, allant de la cuisine au laboratoire de chimie. Ceci diffère de la convection forcée, dans laquelle le mouvement est forcé par le mouvement d'un dispositif tel qu'un ventilateur, comme on le voit dans un four à convection.
La convection naturelle se produit lorsque les fluides deviennent instables. Une zone devient plus chaude que les autres, perdant de la densité, et commence à monter, créant un petit courant. Au fur et à mesure qu'il monte, la chaleur est transférée au fluide plus froid environnant. Les courants et les tourbillons apparaissent. Dans un exemple simple de convection naturelle, si vous versez de l'eau chaude colorée dans un bol en verre transparent contenant de l'eau froide non colorée, il sera possible de suivre le mouvement de l'eau colorée jusqu'à ce que le mélange se stabilise et que le mouvement s'arrête.
La loi de Newton sur le refroidissement joue un rôle essentiel dans la convection libre. Selon Newton, le taux de variation de la température dans un fluide peut être considéré comme proportionnel à la différence entre le fluide et son environnement. Cela influe sur la convection libre, car les changements de température créent une instabilité, ce qui conduit à une convection libre. Par exemple, les systèmes météorologiques sont fortement influencés par les mouvements d'air chaud et froid, qui sont influencés par le rayonnement solaire, le contact avec de l'eau froide, etc.
La circulation des océans du monde est une conséquence directe de la convection libre. Au fur et à mesure que l'eau avance vers les pôles, elle se refroidit et se densifie, coulant vers le bas. Pendant ce temps, l'eau qui se dirige vers l'équateur se réchauffe et devient plus claire, remontant à la surface. Cela crée une série de courants complexes à travers l'océan qui génèrent une circulation continue, maintenant l'eau de l'océan constamment en mouvement.
La théorie de la convection explique également d'autres processus naturels, tels que le mouvement des fluides sous la croûte terrestre. Le passage des liquides sous nos pieds joue un rôle dans un certain nombre de processus naturels, ces fluides se déplaçant constamment à la suite des changements de température à l'intérieur de la Terre. Les courants de convection peuvent également se croiser, comme l’illustre l’interaction entre l’océan et les systèmes météorologiques au-dessus et à proximité de l’océan, influencée par les changements de température causés par le mouvement des courants océaniques.