Une cellule de convection est un système dans lequel un fluide est réchauffé, perd de sa densité et est forcé dans une région de plus grande densité. Le cycle se répète et un modèle de mouvement se forme. Les cellules de convection dans l'atmosphère terrestre sont responsables du souffle du vent et peuvent être trouvées dans une variété d'autres phénomènes naturels et artificiels.
Notions de base sur la convection
La convection, avec la conduction et le rayonnement, est l'une des trois méthodes de transfert de chaleur. La convection a lieu par le mouvement réel de la matière. Cela signifie que la convection ne peut avoir lieu que dans les gaz, les liquides et le plasma, et non dans les matières solides. Un bon exemple de convection est dans une montgolfière. Au fur et à mesure que l'air dans le ballon est chauffé, les molécules qui le composent s'étalent. Cela conduit à une augmentation du volume de l'air, ce qui conduit à une diminution de la densité. La matière dense se déplace dans la matière moins dense chaque fois qu'elle en a l'occasion. L'air chaud dans le ballon est poussé vers le haut par l'air plus frais de l'atmosphère environnante, emportant le ballon avec lui.
Convection naturelle et forcée
La convection naturelle a lieu lorsque le mouvement est entièrement dû aux différences de densité entre la matière chaude et la matière froide. La convection forcée se produit lorsqu'une autre force, telle qu'un ventilateur ou une pompe, contribue au mouvement.
Cellules de convection
Une source de chaleur est nécessaire pour qu'une cellule de convection se forme. Le fluide est réchauffé par la source de chaleur et est repoussé. Le fluide commence alors à perdre de la chaleur et se refroidit inévitablement. Cette matière plus froide et plus dense est repoussée vers la source de chaleur initiale par le flux de matière nouvellement chauffée. Un système de mouvement se forme, appelé cellule de convection. Le fluide continuera à se déplacer aussi longtemps que la source de chaleur est présente.
Cellules de convection dans l'atmosphère
Les cellules de convection se produisent dans l'atmosphère terrestre à petite et à grande échelle. Une brise de mer, par exemple, peut être le résultat d'une cellule de convection. L'eau retient mieux la chaleur que la terre. Cela signifie que lorsque le soleil se lève, l'air terrestre se réchauffe plus rapidement que l'air au-dessus de l'eau. Une zone de faible densité se forme sur le terrain. L'air à plus haute densité de l'eau cherche à le remplacer, créant une brise océanique. La nuit, la même chose se produit, mais en sens inverse. À plus grande échelle, l'air est réchauffé par des températures plus élevées à l'équateur, s'élève et se propage vers le nord et le sud vers les pôles, où il se refroidit.
Autres cellules de convection
Les cellules de convection sont chargées de faire monter et descendre les macaronis dans une casserole d'eau bouillante. L'une des forces qui contribuent à l'éruption de lave d'un volcan est la convection. Des cellules de convection peuvent même être trouvées sur le soleil.