Die Definition einer Konvektionszelle

Eine Konvektionszelle ist ein System, in dem eine Flüssigkeit erwärmt wird, an Dichte verliert und in einen Bereich höherer Dichte gezwungen wird. Der Zyklus wiederholt sich und ein Bewegungsmuster bildet sich. Konvektionszellen in der Erdatmosphäre sind für das Blasen von Wind verantwortlich und können in einer Vielzahl anderer natürlicher und vom Menschen verursachter Phänomene gefunden werden.

Konvektion ist neben Wärmeleitung und Strahlung eine der drei Methoden der Wärmeübertragung. Konvektion findet durch die eigentliche Bewegung der Materie statt. Konvektion kann also nur in Gasen, Flüssigkeiten und Plasma stattfinden, nicht aber in Feststoffen. Ein gutes Beispiel für Konvektion ist in einem Heißluftballon. Wenn die Luft im Ballon erhitzt wird, verteilen sich die Moleküle, aus denen er besteht. Dies führt zu einer Zunahme des Luftvolumens, was zu einer Abnahme der Dichte führt. Dichte Materie bewegt sich in weniger dichte Materie, wann immer sie eine Chance hat. Die warme Luft im Ballon wird durch die kühlere Luft der umgebenden Atmosphäre nach oben gedrückt und nimmt den Ballon mit.

Natürliche Konvektion findet statt, wenn die Bewegung ausschließlich auf Dichteunterschiede zwischen warmer und kalter Materie zurückzuführen ist. Erzwungene Konvektion tritt auf, wenn eine andere Kraft, wie ein Ventilator oder eine Pumpe, zur Bewegung beiträgt.

Für die Bildung einer Konvektionszelle ist eine Wärmequelle erforderlich. Flüssigkeit wird durch die Wärmequelle erwärmt und weggedrückt. Die Flüssigkeit beginnt dann Wärme zu verlieren und kühlt unweigerlich ab. Diese kühlere, dichtere Materie wird durch den Strom der neu erhitzten Materie zur ursprünglichen Wärmequelle zurückgedrängt. Ein System von Bewegungsformen, das als Konvektionszelle bezeichnet wird. Die Flüssigkeit bewegt sich weiter, solange die Wärmequelle vorhanden ist.

Konvektionszellen kommen in der Erdatmosphäre sowohl im kleinen als auch im großen Maßstab vor. Eine Meeresbrise kann zum Beispiel das Ergebnis einer Konvektionszelle sein. Wasser hält Wärme besser als Land. Das bedeutet, dass sich die Luft an Land bei Sonnenaufgang schneller erwärmt als die Luft über dem Wasser. Über dem Land bildet sich ein Gebiet mit geringer Dichte. Luft aus dem Wasser mit höherer Dichte versucht, sie zu ersetzen, und erzeugt eine Meeresbrise. Nachts passiert das gleiche, aber umgekehrt. Im größeren Maßstab erwärmt sich die Luft durch höhere Temperaturen am Äquator, steigt auf und breitet sich nach Norden und Süden in Richtung der Pole aus, wo sie abgekühlt wird.

Konvektionszellen sind dafür verantwortlich, dass Makkaroni in einem Topf mit kochendem Wasser steigen und sinken. Eine der Kräfte, die dazu beiträgt, dass Lava aus einem Vulkan ausbricht, ist Konvektion. Konvektionszellen sind sogar auf der Sonne zu finden.