Wat is convectie?
Convectie is in grote lijnen de beweging van moleculen door elke vloeibare toestand, inclusief vloeistoffen en gassen. Het is de primaire vorm van warmte- en massaoverdracht op aarde en is in veel systemen over de hele wereld te vinden. Veel mensen kennen het van het verwarmen van hun voedsel of hun huizen, en het speelt ook een cruciale rol bij het creëren van de weersomstandigheden op de planeet.
Er zijn twee hoofdtypen van convectie: gedwongen en natuurlijk. Geforceerde convectie treedt op wanneer het medium dat de warmte overbrengt op zichzelf beweegt, zoals wanneer lucht door een ventilator wordt geduwd. In dit geval wordt de warmte afgegeven door de beweging van de lucht van vloeistof, maar het veroorzaakt de beweging niet echt. Soms wordt geforceerde convectie ook wel warmteadvectie genoemd.
Natuurlijke convectie treedt op wanneer het medium dat de warmte overdraagt, wordt geïnspireerd om door de warmte zelf te bewegen. Dit gebeurt zowel omdat het medium uitzet als het opwarmt, zoals in het geval van gassen, en ook omdat het drijfvermogen ervoor zorgt dat de warmere vloeistof stijgt. Deze vorm wordt ook wel vrije convectie genoemd. De twee soorten, gedwongen en natuurlijk, komen vaak tegelijkertijd voor, waarbij de warmte de vloeistof enigszins laat bewegen, maar het beweegt ook vanwege een andere kracht. In dit geval wordt dit gemengde convectie genoemd.
Geforceerde convectie is op veel plaatsen in de wereld te zien, zowel in door de mens gemaakte objecten als in de natuurlijke wereld. Een convectieoven dwingt bijvoorbeeld verwarmde lucht door de oven te circuleren met behulp van een ventilator. Hoewel de lucht op zichzelf enigszins kan bewegen, zorgt de kracht voor een gelijkmatige verdeling van warmte. Binnen het menselijk lichaam is de bloedsomloop een ander goed voorbeeld van gedwongen convectie. Bloed, naast zijn vele andere toepassingen, fungeert als zowel een verwarmings- als koelmiddel voor het lichaam en wordt door de bloedsomloop geperst.
Natuurlijke convectie kan het gemakkelijkst worden gezien door iets boven een niet-gewaaide warmtebron te plaatsen, zoals een radiatorkachel. Omdat de lucht direct boven de kachel wordt verwarmd, stijgt deze op omdat deze meer drijfvermogen heeft dan de koude lucht eromheen. Als u een stuk tissuepapier boven de verwarming plaatst, ziet u dat het naar boven wordt gedragen door de natuurlijke luchtbeweging. Op dezelfde manier kunt u in een vloeistof hetzelfde effect op het werk zien door een gekleurde vloeistof op te warmen en deze in een koudere vloeistof met een andere kleur te plaatsen. De warme vloeistof stijgt op.
Convectie speelt een cruciale rol bij het creëren van de oceaanstromingen en helpt daardoor de weerpatronen over de hele wereld te reguleren via een massief convectiesysteem. Warme waterstromen, verwarmd door de zon, gaan van de evenaar naar de polen en terwijl ze reizen, worden ze gestaag koel en helpen ze te zinken. Eenmaal daar aangekomen, beginnen ze opnieuw te bewegen en vormen ze een enorme transportband die in sommige gevallen meer dan 1600 jaar kan duren om zijn reis te voltooien.