Co to jest naturalna konwekcja?

Konwekcja naturalna to rodzaj przenoszenia ciepła, w którym siły inne niż ludzkie wpływają na chłodzenie i ogrzewanie płynów, takich jak gazy i ciecze. Wymiana ciepła tworzy cykl zwany prądem konwekcyjnym, w którym ciepły płyn jest zastępowany przez chłodniejszy. Wszystkie płyny i materia zbudowane są z maleńkich bloków budulcowych zwanych atomami, które grupują się w molekuły. Ruch tych cząsteczek powoduje wzrost lub spadek płynów.

Konwekcja naturalna pomaga wyjaśnić wiele naturalnych systemów Ziemi, takich jak prądy oceaniczne i warstwy atmosferyczne. W przeciwieństwie do wymuszonej konwekcji, która działa na tej samej zasadzie, ale ma źródło ciepła wytwarzane przez urządzenia wytworzone przez człowieka, takie jak wentylatory powietrza lub wody, które przyspieszają cykl wymiany ciepła. Zarówno wymuszoną, jak i naturalną konwekcję można wykorzystać do określonych celów, takich jak ogrzewanie domów lub miejska sieć wodociągowa.

Pod wpływem działania źródła ciepła, takiego jak słońce lub podziemne ciepło, często pojawiają się płyny. Na przykład, gdy słońce ogrzewa powierzchnię Ziemi, powietrze na ziemi jest prawie zawsze cieplejsze niż powietrze wysoko na niebie. Ciepło rozszerza przestrzenie między cząsteczkami, czyniąc powietrze lżejszym i podnosząc je nad powierzchnię. Gdy powietrze unosi się dalej od gorącej ziemi, cząsteczki ochładzają się i kompresują. To chłodniejsze i cięższe powietrze jest następnie przyciągane grawitacyjnie, gdzie ponownie się nagrzewa i rozpoczyna cykl od nowa.

Prądy oceaniczne powstają również w wyniku naturalnej konwekcji w połączeniu ze zmianami wiatru i gęstością słonej wody. Zimne wiatry przepływające nad powierzchnią wody powodują, że cząsteczki ściskają się i opadają w kierunku dna oceanu. Gdy woda zbliża się do równika, rozgrzewa się i ponownie unosi. Tworzy to ogromne prądy oceaniczne, które przepływają wzdłuż wybrzeży kontynentu i wpływają na pogodę w okolicznych regionach lądowych.

Zazwyczaj ważnym elementem naturalnej konwekcji jest prawo chłodzenia Newtona. To prawo naukowe stwierdza, że ​​szybkość, z jaką substancja traci ciepło, jest bezpośrednio związana z temperaturą działającego na nią obiektu. Innymi słowy, im zimniejszy jest obiekt, tym więcej ciepła utraci płyn. Jednym z przykładów tego prawa w działaniu jest dodanie kostek lodu do napoju - jedna kostka odbierze tylko niewielką porcję ciepła, ale garść znacznie schłodzi napój.