Wat is natuurlijke convectie?
Natuurlijke convectie is een soort warmteoverdracht waarbij niet-menselijke krachten de koeling en verwarming van vloeistoffen beïnvloeden, zoals gassen en vloeistoffen. Warmteoverdracht creëert een cyclus genaamd een convectiestroom waarbij een warme vloeistof wordt vervangen door een koelere. Alle vloeistoffen en materie zijn gemaakt van kleine bouwstenen die atomen worden genoemd, die zich groeperen in moleculen. De beweging van deze moleculen zorgt ervoor dat vloeistoffen stijgen of dalen.
Natuurlijke convectie helpt om veel van de natuurlijke systemen van de aarde te verklaren, zoals zeestromingen en de atmosferische lagen. Het is in tegenstelling tot geforceerde convectie, die volgens hetzelfde principe werkt, maar beschikt over een warmtebron die wordt gecreëerd door kunstmatige apparaten, zoals lucht- of waterventilatoren die de warmteoverdrachtcyclus versnellen. Zowel geforceerde als natuurlijke convectie kan worden gebruikt voor specifieke doeleinden, zoals het verwarmen van huizen of een gemeentelijke watervoorziening.
Vloeistoffen stijgen vaak op als ze worden gebruikt door een warmtebron, zoals de zon of ondergrondse hitte. Als de zon bijvoorbeeld het aardoppervlak opwarmt, is de lucht op de grond bijna altijd warmer dan lucht hoger in de lucht. Warmte zet de ruimtes tussen moleculen uit, waardoor de lucht lichter wordt en boven het oppervlak komt. Terwijl de lucht verder weg van de hete grond stijgt, koelen de moleculen af en comprimeren. Deze koelere en zwaardere lucht wordt dan naar beneden getrokken door de zwaartekracht, waar het weer opwarmt en de cyclus opnieuw begint.
Zeestromingen worden ook gecreëerd door natuurlijke convectie, gecombineerd met veranderingen in wind en de dichtheid van zout water. Koude wind die over het wateroppervlak stroomt, zorgt ervoor dat de moleculen samendrukken en naar de oceaanbodem zakken. Naarmate het water dichter bij de evenaar komt, wordt het warmer en stijgt weer op. Dit creëert enorme zeestromingen die langs continentale kusten stromen en het weer op de omliggende landregio's beïnvloeden.
Een typisch onderdeel van natuurlijke convectie is Newton's wet van koeling. Deze wetenschappelijke wet stelt dat de snelheid waarmee een stof warmte verliest direct verband houdt met de temperatuur van het object dat erop inwerkt. Met andere woorden, hoe kouder het object, hoe meer warmte de vloeistof verliest. Een voorbeeld van deze wet in actie is het effect van het toevoegen van ijsblokjes aan een drankje - een kubus neemt slechts een klein deel van de warmte af, maar een handvol zal het drankje veel sneller afkoelen.