Che cos'è la convezione gratuita?
La convezione libera, nota anche come convezione naturale, è un fenomeno che si verifica quando un fluido o un gas si muove a causa dei cambiamenti di densità che si verificano al suo interno, piuttosto che in risposta a una fonte esterna di movimento come un ventilatore o una turbina. La convezione naturale può essere vista, ovviamente, in natura, dove svolge un ruolo in una serie di diversi processi naturali, e può anche essere vista in contesti controllati dall'uomo, che vanno dalla cucina al laboratorio di chimica. Ciò differisce dalla convezione forzata, in cui il movimento è forzato dal movimento di un dispositivo come un ventilatore, come visto in un forno a convezione.
La convezione naturale si verifica quando i liquidi diventano instabili. Un'area diventa più calda rispetto al resto, perdendo densità e inizia a salire, creando una piccola corrente. Mentre aumenta, il calore viene trasferito al fluido di raffreddamento circostante. Appaiono correnti e gorghi. In un semplice esempio di convezione naturale, se si lascia cadere acqua calda colorata con colorante alimentare in una ciotola di vetro trasparente di acqua fredda non colorata, sarà possibile tracciare il movimento dell'acqua tinta fino a quando la miscela non si stabilizza e il movimento si ferma.
La legge del raffreddamento di Newton svolge un ruolo fondamentale nella libera convezione. Secondo Newton, la velocità di variazione in termini di temperatura all'interno di un fluido può essere considerata proporzionale alla differenza tra il fluido e l'ambiente circostante. Ciò influenza la convezione libera, poiché il cambiamento delle temperature crea instabilità, che porta alla libera convezione. Ad esempio, i sistemi meteorologici sono fortemente influenzati dal movimento di aria calda e fredda che sono influenzati dalle radiazioni solari, dal contatto con l'acqua fredda e così via.
La circolazione degli oceani del mondo è una conseguenza diretta della libera convezione. Mentre l'acqua si sposta verso i poli, si raffredda e diventa più densa, affondando verso il fondo. Nel frattempo, l'acqua che si sposta verso l'equatore si riscalda e diventa più leggera, salendo in superficie. Questo crea una serie di correnti complesse in tutto l'oceano che generano una circolazione continua, mantenendo l'acqua nell'oceano in costante movimento.
La teoria della convezione spiega anche altri processi naturali, come il movimento dei fluidi sotto la crosta terrestre. Lo spostamento dei liquidi sotto i nostri piedi svolge un ruolo in una serie di processi naturali, con questi fluidi che si muovono costantemente a causa dei cambiamenti di temperatura all'interno della Terra. Le correnti di convezione possono anche intersecarsi tra loro, come si vede nell'interazione tra l'oceano e i sistemi meteorologici sopra e vicino all'oceano, che sono influenzati dai cambiamenti di temperatura causati dal movimento delle correnti oceaniche.