Co to jest konwekcja?
Konwekcja to zasadniczo ruch dowolnej cząsteczki przez dowolny stan płynny, w tym ciecze i gazy. Jest to podstawowa forma wymiany ciepła i masy na Ziemi i można ją znaleźć w wielu systemach na całym świecie. Wiele osób zna go z podgrzewania jedzenia lub domów, a także odgrywa kluczową rolę w tworzeniu warunków pogodowych na planecie.
Istnieją dwa główne typy konwekcji: wymuszona i naturalna. Wymuszona konwekcja występuje, gdy czynnik przenoszący ciepło porusza się sam, na przykład gdy powietrze jest przepychane przez wentylator. W tym przypadku ciepło jest oddawane przez ruch powietrza płynu, ale tak naprawdę nie powoduje ruchu. Czasami wymuszona konwekcja będzie również określana jako doradztwo cieplne.
Naturalna konwekcja występuje, gdy czynnik przenoszący ciepło jest inspirowany do poruszania się przez samo ciepło. Dzieje się tak zarówno dlatego, że medium rozszerza się podczas podgrzewania, jak w przypadku gazów, a także dlatego, że wypór powoduje wzrost cieplejszego płynu. Ta forma jest również czasami nazywana swobodną konwekcją. Te dwa typy, wymuszony i naturalny, często występują w tym samym czasie, gdzie ciepło powoduje, że płyn nieco się porusza, ale również porusza się z powodu innej siły. W tym przypadku jest to określane jako konwekcja mieszana.
Wymuszoną konwekcję można zobaczyć w wielu miejscach na świecie, zarówno w obiektach stworzonych przez człowieka, jak iw świecie przyrody. Na przykład piec konwekcyjny wymusza cyrkulację ogrzanego powietrza przez piekarnik za pomocą wentylatora. Chociaż powietrze może poruszać się nieco samo, siła pozwala na równomierne odprowadzenie ciepła. Układ krążenia w ludzkim ciele jest kolejnym doskonałym przykładem wymuszonej konwekcji. Krew, pośród wielu innych zastosowań, działa zarówno jako czynnik grzewczy, jak i chłodzący dla organizmu i jest przepychana przez układ krążenia.
Naturalną konwekcję można najłatwiej dostrzec, umieszczając coś nad nieopalonym źródłem ciepła, takim jak grzejnik. Gdy powietrze bezpośrednio nad podgrzewaczem jest podgrzewane, unosi się, ponieważ jest bardziej wyporne niż otaczające go zimne powietrze. Jeśli umieścisz kawałek bibuły nad grzejnikiem, zobaczysz, że jest on unoszony w górę przez naturalny ruch powietrza. Podobnie w cieczy można zobaczyć ten sam efekt w pracy, podgrzewając jeden kolorowy płyn i umieszczając go w zimniejszej cieczy o innym kolorze. Ciepły płyn wzrośnie.
Konwekcja odgrywa kluczową rolę w tworzeniu prądów oceanicznych, a tym samym pomaga regulować wzorce pogodowe na całym świecie za pomocą masywnego systemu konwekcyjnego. Prądy ciepłej wody, ogrzewane przez słońce, kierują się z równika w kierunku biegunów, a podczas podróży stale się ochładzają, pomagając im zatonąć. Kiedy już tam są, zaczynają się dobrze ruszać i znów zaczynają się poruszać, tworząc masywny przenośnik taśmowy, który w niektórych przypadkach może potrwać nawet 1600 lat, aby zakończyć podróż.