Convection: Τι είναι και πώς λειτουργεί;

Η θερμότητα, στο πιο βασικό επίπεδο, είναι η κινητική ενέργεια ατόμων και μορίων. Η μεταφορά επηρεάζει τα πάντα, από τη θέρμανση του σπιτιού σας, έως τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας στον ήλιο.

Καθώς θερμαίνεται ένα στερεό, υγρό ή αέριο, τα άτομα ή τα μόρια που το συνθέτουν δονείται όλο και περισσότερο. Αυτές οι αυξημένες δονήσεις απαιτούν περισσότερο όγκο για κάθε άτομο / μόριο.

Σε ένα αέριο, αυτό εκφράζεται όχι ως «δόνηση» αλλά ως αυξημένη ταχύτητα για τα σωματίδια, και ως εκ τούτου αυξημένη πίεση στο δοχείο του αερίου. Για το λόγο αυτό, τα περισσότερα υλικά επεκτείνουν καθώς θερμαίνονται. Αυτό συμβαίνει στο μεγαλύτερο βαθμό στα αέρια, αλλά και σε μικρότερο βαθμό στα υγρά και στα στερεά.

Όταν κάτι επεκτείνεται, γίνεται λιγότερο πυκνό. Υπάρχουν λιγότερα σωματίδια, και επομένως λιγότερη μάζα, ανά μονάδα όγκου από ό, τι πριν. Αλλά σε υγρά και αέρια (υγρά), μια περιοχή χαμηλότερης πυκνότητας θα ανυψωθεί και να επιπλέει πάνω από τις περιοχές υψηλότερης πυκνότητας λόγω της επίδρασης της βαρύτητας. Αυτές οι δύο έννοιες, ότι η θερμότητα προκαλεί μείωση της πυκνότητας και ότι τα υγρά αυξάνονται και πέφτουν ανάλογα με την πυκνότητα, συνδυάζονται για να δημιουργήσουν το

Το Convection είναι μια μέθοδος μεταφοράς θερμικής ενέργειας όπου η μεταφορά θερμότητας πραγματοποιείται μέσω κίνησης ρευστού. Αυτή η κίνηση ρευστού προκαλείται από τη διαφορά πυκνότητας μεταξύ θερμότερων περιοχών υγρού και ψυχρότερων περιοχών. Αυτές οι κινήσεις ονομάζονται ρεύματα μεταφοράς, και η μεταγωγική κίνηση ρευστού συνεχίζεται εφ 'όσον υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ περιοχών.

Αυτή η διαφορά θερμοκρασίας είναι ιδιαίτερα έντονη όταν υπάρχει πηγή θερμότητας στη μία πλευρά του υγρού, όπως ένας θερμαντήρας κοντά στο πάτωμα ενός δωματίου. Ο θερμός αέρας στο κάτω μέρος κινείται συνεχώς προς τα πάνω, ενώ ο ψυχρότερος αέρας κινείται προς τα κάτω για να θερμανθεί και στη συνέχεια στη συνέχεια επίσης κινείται προς τα πάνω. Η κίνηση του αέρα προκαλεί κυκλικά ρεύματα που θα συνεχιστούν εκτός εάν ο αέρας φτάσει σε θερμοκρασία ισορροπίας. ένα ποτήρι νερό σε θερμοκρασία δωματίου γενικά δεν θα έχει ρεύματα μεταφοράς, ενώ ένα ποτήρι νερό με πάγο σε αυτό θα έχει ρεύματα μεταφοράς.

Η αγωγιμότητα περιγράφεται συχνά ως συνδυασμός δύο φυσικών διεργασιών: προσκόλλησης και διάχυσης. Οριζόντια μεταφορά είναι η μεταφορά της ύλης με μαζική κίνηση, όπως η κίνηση του βυθού από τη ροή του ποταμού. Διάχυση είναι η μεταφορά της ύλης με κίνηση σωματιδίων από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης, όπως η κίνηση των σωματιδίων βαφής που απλώνονται μέσω ενός ποτηριού νερού.

Καθώς η μεταφορά μετακινεί τη θερμότερη ύλη ψηλότερα και την ψυχρότερη ύλη χαμηλότερη, το κάνει τόσο μετακινώντας την ύλη χύμα (πρόσφυση) όσο και με σωματιδιακό τρόπο (διάχυση).

Η μεταφορά δεν μπορεί, εξ ορισμού, να συμβεί στα στερεά λόγω της αδυναμίας δημιουργίας ροής ρευστού σε στερεά ύλη (τα σωματίδια δεν μπορούν να κινηθούν το ένα με το άλλο, αλλά μπορούν να δονήσουν μόνο στη θέση τους). Η μεταφορά θερμότητας σε στερεά συμβαίνει αντ 'αυτού μέσω της αγωγιμότητας ή της μεταφοράς ενέργειας δόνησης από ένα άτομο ή μόριο σε ένα στερεό κρύσταλλο στους γείτονές του. Υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις σε αυτά τα μαλακά στερεά όπου τα σωματίδια μπορούν να κινούνται το ένα δίπλα στο άλλο.

Λαμβάνοντας υπόψη τη μεταφορά μπορεί να σας βοηθήσει να θερμάνετε ή να κρυώσετε το σπίτι σας πιο αποτελεσματικά. Δεδομένου ότι ο ζεστός αέρας τείνει να ανεβαίνει και ο δροσερός αέρας τείνει να βυθίζεται, βοηθά να βάλουμε τους θερμαντήρες πιο κοντά στο πάτωμα και τα κλιματιστικά ψηλότερα.

ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΕΣ ΟΡΟΦΗΣ μπορεί συνήθως να λειτουργεί και προς τις δύο κατευθύνσεις: είτε φυσώντας αέρα από πάνω, είτε φυσώντας αέρα από κάτω. Η ανατίναξη του αέρα είναι συνήθως χρήσιμη το καλοκαίρι, ώστε να αισθάνεστε ότι το αερακτικό αεράκι δροσίζει το δέρμα σας. Το τράβηγμα του αέρα είναι χρήσιμο το χειμώνα, επειδή βοηθά να σπρώχνουμε τον καυτό αέρα προς τα πάνω και προς τα έξω στους τοίχους, χωρίς να φυσάει απευθείας πάνω σου.

Καθώς το νερό κρυώνει, συστέλλεται και γίνεται πιο πυκνό όπως οι περισσότερες άλλες ουσίες. Ωστόσο, όταν κρυώνει στους 4 βαθμούς Κελσίου, αρχίζει πραγματικά να επεκτείνεται ελαφρώς. Το νερό είναι αρκετά μοναδικό στο ότι η στερεή του μορφή, ο πάγος, είναι λιγότερο πυκνή από την υγρή του μορφή. Έτσι, αν και γενικά γίνεται πιο πυκνό καθώς κρυώνει, σε ένα σημείο η τάση αυτή αντιστρέφεται και αρχίζει να επεκτείνεται έως το σημείο πήξης στους 0 βαθμούς Κελσίου. Αυτό επηρεάζει τον τρόπο λειτουργίας της μεταφοράς σε μια παγωμένη λίμνη.

Καθώς το νερό σε μια λίμνη κρυώνει, βυθίζεται καθώς αυξάνεται το θερμότερο νερό, αλλά μόνο έως ότου η λίμνη είναι 4 βαθμοί Κελσίου. Σε αυτό το σημείο η μεταφορά αντιστρέφεται: Το νερό που είναι πιο κρύο από 4 βαθμούς Κελσίου είναι λιγότερο πυκνό από το θερμότερο νερό, που σημαίνει ότι το πάνω μέρος της λίμνης γίνεται πιο κρύο από το κάτω μέρος και τον πάγο φόρμες. Γι 'αυτό οι λίμνες παγώνουν στην κορυφή.

Ο Ήλιος (όπως και τα περισσότερα αστέρια) υφίσταται εσωτερική μεταφορά με θερμότερο πλάσμα και ψυχρότερο πλάσμα. Εντός της ζώνης μεταφοράς του ήλιου, που εκτείνεται προς τα μέσα από την εξωτερική του επιφάνεια, η θερμική ενέργεια μεταφέρεται από το θερμό ηλιακό εσωτερικό στις πιο κρύες εξωτερικές περιοχές μέσω ρεύματος μεταφοράς.

Αυτό δημιουργεί "κύτταρα μεταφοράς, "που είναι οι σκοτεινές και φωτεινές πιτσιλιές που μπορείτε να δείτε στην επιφάνεια του Ήλιου. Οι φωτεινές κηλίδες είναι κύτταρα μεταφοράς θερμού πλάσματος που μόλις ανέβηκαν από το εσωτερικό. Οι σκοτεινές κηλίδες είναι κυττάρων μεταφοράς πλάσματος που έχουν κρυώσει και σύντομα θα πέσουν πίσω μέσω της ζώνης μεταφοράς.

Αυτά τα σκοτεινά και φωτεινά σημεία ονομάζονται επίσης μερικές φορές ηλιακά κοκκία Κατά μέσο όρο περίπου 1.000 χιλιόμετρα σε διάμετρο (περίπου το μήκος της πολιτείας της Καλιφόρνια) και παραμένουν στην επιφάνεια για περίπου περίπου οκτώ έως 20 λεπτά. Ανά πάσα στιγμή, η επιφάνεια του Ήλιου περιέχει περίπου τέσσερα εκατομμύρια κόκκους!

Η μεταφορά είναι εξαιρετικά σημαντική στη μετεωρολογία ή στη μελέτη του καιρού. Η ροή ζεστού και δροσερού αέρα μέσα από την ατμόσφαιρα είναι αυτό που δημιουργεί διαφορετικά σχήματα σύννεφων, καθώς και καταιγίδες, ανεμοστρόβιλους και μετεωρολογικά μέτωπα.

Μερικοί φουρνοι είναι σε θέση να ψήνουν με συναγωγή. Οι φούρνοι μεταφοράς χρησιμοποιούν ανεμιστήρες και ένα σύστημα εξάτμισης που κυκλοφορεί τον αέρα μέσα στο φούρνο ενώ ψήνει, φυσώντας ζεστό αέρα απευθείας στο φαγητό. Αυτό επιτρέπει στο φαγητό να μαγειρεύει γρηγορότερα και πιο ομοιόμορφα από ό, τι αν τοποθετούσε απλά κοντά στα θερμαντικά στοιχεία του φούρνου. Καθιστά επίσης το εσωτερικό του φούρνου στεγνό και λιγότερο υγρό, κάτι που μπορεί να είναι καλύτερο για το φαγητό.

Το μαγνητικό πεδίο της Γης προκαλείται από ρεύματα μεταφοράς στον εξωτερικό πυρήνα του. Στο κέντρο της Γης βρίσκεται ένας συμπαγής εσωτερικός πυρήνας, που περιβάλλεται από έναν υγρό εξωτερικό πυρήνα που αποτελείται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο. Και τα δύο αυτά μέταλλα είναι καλοί αγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας. Τα ρεύματα μεταφοράς σε αυτό το υγρό στρώμα δημιουργούν ηλεκτρικά ρεύματα μέσα στο υγρό μέταλλο, τα οποία δημιουργούν μαγνητικά πεδία. το άθροισμα αυτών των μαγνητικών πεδίων είναι το μαγνητικό πεδίο της Γης, το οποίο δείχνει όλες τις πυξίδες στον Βόρειο Πόλο και προστατεύει τη Γη από την κοσμική ακτινοβολία.