Wat is gratis convectie?
Vrije convectie, ook bekend als natuurlijke convectie, is een fenomeen dat optreedt wanneer een vloeistof of gas beweegt als gevolg van dichtheidsveranderingen die zich daarin voordoen, in plaats van als reactie op een externe bewegingsbron zoals een ventilator of turbine. Natuurlijke convectie kan worden gezien, niet verrassend, in de natuur, waar het een rol speelt in een aantal verschillende natuurlijke processen, en het kan ook worden gezien in door de mens gecontroleerde instellingen, variërend van de keuken tot het chemielab. Dit verschilt van geforceerde convectie, waarbij beweging wordt geforceerd door de beweging van een apparaat zoals een ventilator, zoals gezien in een convectieoven.
Natuurlijke convectie treedt op wanneer vloeistoffen instabiel worden. Het ene gebied wordt warmer dan het andere, verliest de dichtheid en begint te stijgen, waardoor een kleine stroom ontstaat. Terwijl het stijgt, wordt warmte overgedragen aan de omringende koelvloeistof. Stromen en wervelingen verschijnen. In een eenvoudig voorbeeld van natuurlijke convectie, als men heet water geverfd met voedselkleurstof in een heldere glazen kom met ongeverfd koud water laat vallen, zal het mogelijk zijn om de beweging van het geverfde water te volgen totdat het mengsel stabiliseert en de beweging stopt.
Newton's wet van koeling speelt een cruciale rol in de vrije convectie. Volgens Newton kan de mate van verandering qua temperatuur binnen een vloeistof worden beschouwd als evenredig met het verschil tussen de vloeistof en de omgeving. Dit beïnvloedt de vrije convectie, omdat veranderende temperaturen instabiliteit veroorzaken, wat leidt tot vrije convectie. Weersystemen worden bijvoorbeeld sterk beïnvloed door de beweging van warme en koude lucht die wordt beïnvloed door zonnestraling, contact met koud water, enzovoort.
De circulatie van de oceanen van de wereld is een direct gevolg van vrije convectie. Terwijl water naar de polen beweegt, koelt het af en wordt het dichter en zinkt het naar de bodem. Ondertussen wordt water dat naar de evenaar beweegt opwarmt en wordt het lichter en komt het naar de oppervlakte. Dit creëert een reeks complexe stromingen in de oceaan die een continue circulatie genereren, waardoor het water in de oceaan constant in beweging blijft.
Convectietheorie verklaart ook andere natuurlijke processen, zoals de beweging van vloeistoffen onder de aardkorst. De verschuiving van vloeistoffen onder onze voeten speelt een rol in een aantal natuurlijke processen, waarbij deze vloeistoffen constant bewegen als gevolg van temperatuurveranderingen in de aarde. Convectiestromen kunnen ook elkaar kruisen, zoals te zien in de interactie tussen de oceaan en weersystemen boven en nabij de oceaan die worden beïnvloed door temperatuurveranderingen die worden veroorzaakt door de beweging van oceaanstromen.