Co to jest darmowa konwekcja?

Wolna konwekcja, znana również jako konwekcja naturalna, jest zjawiskiem, które występuje, gdy płyn lub gaz porusza się w wyniku zmian gęstości, które występują w nim, a nie w odpowiedzi na zewnętrzne źródło ruchu, takiego jak wentylator lub turbina. Naturalną konwekcję można zobaczyć, co nie jest zaskoczeniem w naturze, gdzie odgrywa rolę w wielu różnych procesach naturalnych, a także można ją zobaczyć w kontrolowanych przez człowieka, od kuchni po laboratorium chemii. Różni się to od wymuszonej konwekcji, w której ruch jest wymuszany przez ruch urządzenia takiego jak wentylator, jak widać w piecu konwekcyjnym.

Naturalna konwekcja występuje, gdy płyny stają się niestabilne. Jeden obszar staje się cieplejszy niż reszta, tracąc gęstość i zaczyna rosnąć, tworząc mały prąd. W miarę wzrostu ciepła jest przenoszone do otaczającego chłodniejszego płynu. Pojawiają się prądy i wiry. W prostym przykładzie naturalnej konwekcji, jeśli upuszcza się gorącą wodę barwioną kolorystyką spożywczą w przezroczystą szklaną miskę z nieudanym przeziębieniem wAter, możliwe będzie prześledzenie ruchu barwionej wody, aż mieszanina się ustabilizuje, a ruch się zatrzyma.

Prawa chłodzenia Newtona odgrywa kluczową rolę w bezpłatnej konwekcji. Według Newtona szybkość zmiany temperatury w płynie może być postrzegana jako proporcjonalna do różnicy między płynem a otoczeniem. Wpływa to na swobodną konwekcję, ponieważ zmieniające się temperatury powodują niestabilność, co prowadzi do swobodnej konwekcji. Na przykład na systemy pogodowe silnie wpływa ruch gorącego i zimnego powietrza, na które wpływa promieniowanie słoneczne, kontakt z zimną wodą i tak dalej.

Krążenie oceanów świata jest bezpośrednią konsekwencją wolnej konwekcji. Gdy woda porusza się w kierunku bieguna, ochładza się i staje się gęstsza, tonie w kierunku dna. Tymczasem woda poruszająca się w kierunku równika rozgrzewa się i staje się lżejsza, wznosząc się na powierzchnię.Tworzy to serię złożonych prądów w całym oceanie, które generują ciągły krążenie, utrzymując wodę w oceanie w stałym ruchu.

Teoria konwekcji wyjaśnia również inne naturalne procesy, takie jak ruch płynów pod skorupą ziemi. Przesunięcie cieczy pod naszymi stopami odgrywa rolę w wielu naturalnych procesach, przy czym płyny te stale poruszają się w wyniku zmian temperatury w Ziemi. Prądy konwekcyjne mogą również przecinać się ze sobą, jak widać w interakcji między oceanem a systemami pogodowymi w temperaturze i w pobliżu oceanu, na które wpływają zmiany temperatury spowodowane ruchem prądów oceanicznych.