Una cella di convezione è un sistema in cui un fluido viene riscaldato, perde densità ed è forzato in una regione di maggiore densità. Il ciclo si ripete e si forma uno schema di movimento. Le celle di convezione nell'atmosfera terrestre sono responsabili del soffio del vento e possono essere trovate in una varietà di altri fenomeni naturali e artificiali.
Nozioni di base sulla convezione
La convezione, insieme alla conduzione e all'irraggiamento, è uno dei tre metodi di trasferimento del calore. La convezione avviene attraverso il movimento effettivo della materia. Ciò significa che la convezione può avvenire solo nei gas, nei liquidi e nel plasma, non nella materia solida. Un buon esempio di convezione è in una mongolfiera. Man mano che l'aria nel pallone si riscalda, le molecole di cui è composto si diffondono. Ciò porta ad un aumento del volume dell'aria, che porta ad una diminuzione della densità. La materia densa si sposta nella materia meno densa ogni volta che ne ha la possibilità. L'aria calda nel pallone viene spinta verso l'alto dall'aria più fredda dell'atmosfera circostante, portando con sé il pallone.
Convezione naturale e forzata
La convezione naturale ha luogo quando il moto è interamente dovuto alle differenze di densità tra materia calda e fredda. La convezione forzata si verifica quando un'altra forza, come un ventilatore o una pompa, contribuisce al movimento.
Celle di convezione
Per la formazione di una cella di convezione è necessaria una fonte di calore. Il fluido viene riscaldato dalla fonte di calore e viene allontanato. Il fluido inizia quindi a perdere calore e inevitabilmente si raffredda. Questa materia più fredda e più densa viene spinta indietro verso la fonte di calore iniziale dal flusso di materia appena riscaldata. Si forma un sistema di movimento, chiamato cella di convezione. Il fluido continuerà a muoversi finché è presente la fonte di calore.
Celle di convezione nell'atmosfera
Le celle di convezione si verificano nell'atmosfera terrestre sia su piccola che su larga scala. Una brezza marina, ad esempio, può essere il risultato di una cella di convezione. L'acqua trattiene il calore meglio della terra. Ciò significa che quando il sole sorge, l'aria sulla terraferma si riscalda più rapidamente dell'aria sopra l'acqua. Sul terreno si forma un'area a bassa densità. L'aria ad alta densità dall'acqua cerca di sostituirla, creando una brezza oceanica. Di notte succede la stessa cosa, ma al contrario. Su scala più ampia, l'aria viene riscaldata da temperature più elevate all'equatore, sale e si diffonde a nord ea sud verso i poli, dove viene raffreddata.
Altre celle di convezione
Le celle di convezione sono responsabili di far lievitare e affondare i maccheroni in una pentola di acqua bollente. Una delle forze che contribuisce all'eruzione della lava da un vulcano è la convezione. Le celle di convezione si possono trovare anche sul sole.