Qu'est-ce que la convection naturelle?
La convection naturelle est un type de transfert de chaleur dans lequel des forces non humaines influencent le refroidissement et le chauffage des fluides, tels que les gaz et les liquides. Le transfert de chaleur crée un cycle appelé courant de convection dans lequel un fluide chaud est remplacé par un fluide plus froid. Tous les fluides et la matière sont fabriqués à partir de composants de base appelés atomes, qui se regroupent en molécules. Le mouvement de ces molécules est la cause de la montée ou de la chute des fluides.
La convection naturelle aide à expliquer de nombreux systèmes naturels de la Terre, tels que les courants océaniques et les couches atmosphériques. Il contraste avec la convection forcée, qui fonctionne sur le même principe, mais comporte une source de chaleur créée par des dispositifs fabriqués par l'homme, tels que des ventilateurs d'air ou d'eau, qui accélèrent le cycle de transfert de chaleur. La convection forcée et la convection naturelle peuvent être utilisées à des fins spécifiques, telles que le chauffage de maisons ou l'approvisionnement en eau d'une municipalité.
Lorsqu'ils sont actionnés par une source de chaleur, telle que le soleil ou la chaleur souterraine, les fluides montent souvent. Par exemple, lorsque le soleil réchauffe la surface de la Terre, l’air au sol est presque toujours plus chaud que celui situé plus haut dans le ciel. La chaleur dilate les espaces entre les molécules, rendant l'air plus léger et le soulevant au-dessus de la surface. Au fur et à mesure que l'air s'éloigne du sol chaud, les molécules se refroidissent et se compressent. Cet air plus frais et plus lourd est ensuite entraîné par gravité, où il se réchauffe et recommence le cycle.
Les courants océaniques sont également créés à cause de la convection naturelle, associée aux changements de vent et à la densité de l'eau salée. Les vents froids traversant la surface de l’eau provoquent la compression des molécules et leur descente vers le fond de l’océan. À mesure que l'eau se rapproche de l'équateur, elle se réchauffe et remonte. Cela crée des courants océaniques massifs qui se propagent le long des côtes continentales et affectent le climat des régions terrestres environnantes.
Généralement, la loi de Newton sur le refroidissement est un élément important de la convection naturelle. Cette loi scientifique stipule que la vitesse à laquelle une substance perd de la chaleur est directement liée à la température de l'objet qui agit sur elle. En d'autres termes, plus l'objet est froid, plus le fluide perd de chaleur. Un exemple de cette loi en vigueur est l’effet de l’ajout de glaçons à une boisson: un cube n’enlèvera qu’une petite partie de la chaleur, mais une poignée en refroidira beaucoup plus rapidement.