Vad är naturlig konvektion?
Naturlig konvektion är en typ av värmeöverföring där icke-mänskliga krafter påverkar kylning och uppvärmning av vätskor, såsom gaser och vätskor. Värmeöverföring skapar en cykel som kallas en konvektionsström där en varm vätska ersätts av en kallare. Alla vätskor och materier är gjorda av små byggstenar som kallas atomer, som grupperas i molekyler. Rörelsen av dessa molekyler är det som får vätskor att stiga eller falla.
Naturlig konvektion hjälper till att förklara många av jordens naturliga system, såsom havsströmmar och atmosfäriska lager. Det är i motsats till tvingad konvektion, som fungerar enligt samma princip men har en värmekälla skapad av konstgjorda enheter, till exempel luft- eller vattenfläktar som påskyndar värmeöverföringscykeln. Både tvångs- och naturlig konvektion kan användas för specifika ändamål, såsom uppvärmning av bostäder eller kommunal vattenförsörjning.
När man påverkar en värmekälla, till exempel solen eller underjordisk värme, stiger vätskor ofta upp. Till exempel när solen värmer upp jordens yta är luften vid marken nästan alltid varmare än luften högre uppe på himlen. Värme utvidgar utrymmen mellan molekyler, gör luften lättare och lyfter den över ytan. När luften stiger längre bort från den heta marken svalnar molekylerna och komprimeras. Denna svalare och tyngre luft dras sedan ned genom tyngdkraften, där den värms upp igen och startar cykeln på nytt.
Havsströmmar skapas också på grund av naturlig konvektion, i kombination med vindförändringar och saltvattentäthet. Kalla vindar som passerar över vattenytan får molekylerna att komprimera och sjunka ner mot havsbotten. När vattnet rör sig närmare ekvatorn värms det upp och stiger igen. Detta skapar enorma havströmmar som flyter längs kontinentala kuster och påverkar vädret i de omgivande landområdena.
Vanligtvis är en viktig komponent i naturlig konvektion Newtons lag om kylning. Denna vetenskapliga lag säger att den hastighet med vilken ett ämne förlorar värme är direkt relaterat till temperaturen hos objektet som verkar på det. Med andra ord, ju kallare föremålet är, desto mer värme förlorar vätskan. Ett exempel på denna lag i aktion är effekten av att tillsätta isbitar till en drink - en kub tar bara bort en liten del värme, men en handfull kyler drycken mycket snabbare.