Una celda de convección es un sistema en el que un fluido se calienta, pierde densidad y es forzado a una región de mayor densidad. El ciclo se repite y se forma un patrón de movimiento. Las células de convección en la atmósfera de la Tierra son responsables del soplo del viento y se pueden encontrar en una variedad de otros fenómenos naturales y provocados por el hombre.
Conceptos básicos de convección
La convección, junto con la conducción y la radiación, es uno de los tres métodos de transferencia de calor. La convección tiene lugar mediante el movimiento real de la materia. Esto significa que la convección solo puede tener lugar en gases, líquidos y plasma, no en materia sólida. Un buen ejemplo de convección es un globo aerostático. A medida que se calienta el aire del globo, las moléculas que lo componen se dispersan. Esto conduce a un aumento en el volumen del aire, lo que conduce a una disminución de la densidad. La materia densa se convierte en materia menos densa siempre que tiene la oportunidad. El aire caliente del globo es empujado hacia arriba por el aire más frío de la atmósfera circundante, llevándose el globo con él.
Convección natural y forzada
La convección natural tiene lugar cuando el movimiento se debe completamente a las diferencias de densidad entre la materia fría y la cálida. La convección forzada ocurre cuando otra fuerza, como un ventilador o una bomba, contribuye al movimiento.
Celdas de convección
Se requiere una fuente de calor para que se forme una celda de convección. La fuente de calor calienta el fluido y lo empuja. Entonces, el fluido comienza a perder calor e inevitablemente se enfría. Esta materia más fría y densa es forzada hacia la fuente de calor inicial por el flujo de materia recién calentada. Se forma un sistema de movimiento, llamado celda de convección. El fluido continuará moviéndose mientras esté presente la fuente de calor.
Células de convección en la atmósfera
Las células de convección ocurren en la atmósfera de la Tierra tanto a pequeña como a gran escala. Una brisa marina, por ejemplo, puede ser el resultado de una celda de convección. El agua retiene el calor mejor que la tierra. Esto significa que cuando sale el sol, el aire en tierra se calienta más rápidamente que el aire sobre el agua. Se forma un área de baja densidad sobre la tierra. El aire de mayor densidad del agua busca reemplazarlo, creando una brisa del océano. Por la noche ocurre lo mismo, pero al revés. A mayor escala, el aire se calienta con temperaturas más altas en el ecuador, se eleva y se extiende de norte a sur hacia los polos, donde se enfría.
Otras celdas de convección
Las células de convección son responsables de hacer que los macarrones se eleven y se hundan en una olla con agua hirviendo. Una de las fuerzas que contribuye a la erupción de lava de un volcán es la convección. Incluso se pueden encontrar células de convección en el sol.