Che cos'è la convezione termica?
La convezione termica è un processo mediante il quale il calore viene trasferito attraverso un oggetto che viene riscaldato. Questo è più comunemente visto in liquidi e gas e può essere facilmente dimostrato usando l'aria come esempio. La convezione termica rappresenta uno dei principali modi in cui il calore si muove, con conduzione e radiazione che sono anche modi comuni per trasportare il calore.
Scientificamente parlando, la freddezza non è quantificabile; c'è semplicemente più calore o meno calore. Pertanto, la convezione termica non riguarda semplicemente lo spostamento di oggetti caldi. Riguarda il modo in cui la temperatura nel suo insieme cerca di moderarsi, sia nei suoi dintorni, sia negli oggetti che la fanno riscaldare. In base alla progettazione, il movimento di gas e liquidi più caldi e più freddi provoca una moderazione generale, sebbene un equilibrio perfetto non possa mai essere raggiunto.
Il principio della convezione termica può essere facilmente visto aprendo la porta di un forno riscaldato. Quando la porta viene aperta, una corrente d'aria calda spara immediatamente verso l'alto dal forno. Se uno dovesse posizionare una piccola bandiera alla base del forno, la bandiera sventolerebbe nella direzione del forno mentre l'aria fresca si riempie mentre l'aria calda sale. Quando quell'aria più fredda viene riscaldata, aumenterà anche.
L'aria che sale sposta l'aria più fresca al di sopra di essa, spesso forzandola lateralmente e infine verso il basso. Quell'aria rimarrà a quel livello più basso fino a quando non sarà riscaldata e ricomincerà a salire. Questo processo di flusso di calore si ripete fino a quando la fonte di calore non viene neutralizzata e la temperatura in tutta l'area è costante. Se ciò non accade, il processo continuerà indefinitamente.
Il processo è visibile anche in acqua e non è sempre utile. Ad esempio, se la superficie di un lago si raffredda rapidamente, l'acqua sottostante, che è più calda, spinge verso l'alto. Con questa crescita possono derivare sostanze morte, come le alghe, che si stavano lentamente decomponendo sul fondo del lago. Essendo esposto all'aria e alla luce solare, la materia in decomposizione aumenta il suo tasso di decomposizione e potrebbe morire di fame ossigeno dal lago. Pertanto, in questo esempio, la convezione termica è responsabile in modo indiretto di un grave danno per un ecosistema vivente.
Nonostante l'esempio precedente, la convezione termica è generalmente considerata un fenomeno utile. La maggior parte dei forni e delle fornaci si basa su principi associati alla convezione termica, rendendo così più confortevole la vita della maggior parte delle persone. Inoltre, la moderazione della temperatura in un ecosistema è spesso molto utile per le forme di vita che vivono nel sistema. La convezione termica è anche una delle principali forze trainanti del tempo.