Een convectiecel is een systeem waarin een vloeistof wordt opgewarmd, dichtheid verliest en in een gebied met een grotere dichtheid wordt gedwongen. De cyclus herhaalt zich en een bewegingspatroon vormt zich. Convectiecellen in de atmosfeer van de aarde zijn verantwoordelijk voor het waaien van wind en kunnen worden gevonden in een verscheidenheid aan andere natuurlijke en door de mens veroorzaakte verschijnselen.
Convectie Basis
Convectie is, samen met geleiding en straling, een van de drie methoden voor warmteoverdracht. Convectie vindt plaats door de feitelijke beweging van materie. Dit betekent dat convectie alleen kan plaatsvinden in gassen, vloeistoffen en plasma - niet in vaste materie. Een goed voorbeeld van convectie is in een heteluchtballon. Terwijl de lucht in de ballon wordt verwarmd, verspreiden de moleculen waaruit deze is samengesteld zich. Dit leidt tot een toename van het luchtvolume, wat leidt tot een afname van de dichtheid. Dichte materie gaat over in minder dichte materie wanneer het een kans heeft. De warme lucht in de ballon wordt omhoog geduwd door de koelere lucht van de omringende atmosfeer en neemt de ballon mee.
Natuurlijke en geforceerde convectie
Natuurlijke convectie vindt plaats wanneer de beweging volledig te wijten is aan dichtheidsverschillen tussen warme en koude materie. Geforceerde convectie vindt plaats wanneer een andere kracht, zoals een ventilator of pomp, bijdraagt aan de beweging.
Convectiecellen
Voor de vorming van een convectiecel is een warmtebron nodig. Vloeistof wordt opgewarmd door de warmtebron en wordt weggeduwd. De vloeistof begint dan warmte te verliezen en koelt onvermijdelijk af. Deze koelere, dichtere materie wordt teruggedreven naar de oorspronkelijke warmtebron door de stroom van nieuw verwarmde materie. Een systeem van beweging vormt zich, een convectiecel genoemd. De vloeistof zal blijven bewegen zolang de warmtebron aanwezig is.
Convectiecellen in de atmosfeer
Convectiecellen komen zowel op kleine als op grote schaal voor in de atmosfeer van de aarde. Een zeebriesje kan bijvoorbeeld het gevolg zijn van een convectiecel. Water houdt warmte beter vast dan land. Dit betekent dat wanneer de zon opkomt, de lucht op het land sneller opwarmt dan de lucht boven het water. Over het land vormt zich een gebied met een lage dichtheid. Lucht met een hogere dichtheid uit het water probeert het te vervangen, waardoor een zeebries ontstaat. 's Nachts gebeurt hetzelfde, maar dan omgekeerd. Op grotere schaal wordt lucht opgewarmd door hogere temperaturen op de evenaar, stijgt op en verspreidt zich naar het noorden en zuiden naar de polen, waar het wordt afgekoeld.
Andere convectiecellen
Convectiecellen zorgen ervoor dat macaroni rijzen en zinken in een pan met kokend water. Een van de krachten die bijdraagt aan het uitbarsten van lava uit een vulkaan is convectie. Zelfs op de zon zijn convectiecellen te vinden.
