Czym są prądy konwekcyjne?

Prądy konwekcyjne przenoszą ciepło z jednego miejsca do drugiego poprzez ruch masowy płynu, takiego jak woda, powietrze lub stopiona skała. Funkcja przenoszenia ciepła przez prądy konwekcyjne napędza prądy oceaniczne Ziemi, pogodę atmosferyczną i geologię. Konwekcja różni się od przewodzenia, które polega na przenoszeniu ciepła między substancjami w bezpośrednim kontakcie ze sobą.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Prądy konwekcyjne polegają na stałym, cyklicznym ruchu powietrza, wody i innych substancji w celu rozprowadzania ciepła. Na przykład, gdy ogrzane powietrze unosi się, wciąga chłodniejsze powietrze na swoje miejsce – gdzie może zostać podgrzane, uniesione i wciągnąć więcej chłodnego powietrza.

Powstają prądy konwekcyjne, ponieważ podgrzany płyn rozszerza się, stając się mniej gęsty. Podgrzany płyn o mniejszej gęstości unosi się od źródła ciepła. Gdy się podnosi, ściąga chłodniejszy płyn, aby go zastąpić. Ten płyn z kolei jest podgrzewany, unosi się i ściąga w dół więcej chłodnego płynu. Ten cykl ustanawia prąd kołowy, który zatrzymuje się tylko wtedy, gdy ciepło jest równomiernie rozprowadzane w płynie. Na przykład gorący grzejnik natychmiast ogrzewa powietrze wokół niego. Powietrze unosi się w kierunku sufitu, ściągając chłodniejsze powietrze z sufitu do ogrzewanego grzejnika. Proces ten powtarza się, dopóki powietrze w pomieszczeniu nie zostanie równomiernie ogrzane.

Konwekcja napędza Prąd Zatokowy i inne prądy, które obracają się i mieszają wody w oceanach na świecie. Zimna woda polarna spływa z wyższych szerokości geograficznych i opada na dno oceanu, ciągnąc w dół w kierunku równika, gdy lżejsza i cieplejsza woda unosi się na powierzchnię oceanu. Cieplejsza woda jest wciągana na północ, aby zastąpić zimną wodę, która była wciągana na południe. Ten proces rozprowadza ciepło i rozpuszczalne składniki odżywcze na całym świecie.

Konwekcja napędza cyrkulację powietrza w atmosferze ziemskiej. Słońce ogrzewa powietrze w pobliżu równika ziemskiego, które staje się mniej gęste i wznosi się w górę. Gdy się wznosi, ochładza się i staje się mniej gęsty niż otaczające go powietrze, rozszerzając się i opadając ponownie w kierunku równika. Te stale poruszające się komórki ciepłego i zimnego powietrza, znane jako komórki Hadleya, napędzają ciągłą cyrkulację powietrza na powierzchni ziemi, którą nazywamy wiatrem. Atmosferyczne prądy konwekcyjne są również tym, co utrzymuje chmury w powietrzu.

Geolodzy uważają, że stopiona skała głęboko w ziemi krąży dzięki prądom konwekcyjnym. Skała jest w stanie półpłynnym i powinna zachowywać się jak każdy inny płyn, unosząc się z dna płaszcza po tym, jak stanie się gorętsza i mniej gęsta od ciepła jądra Ziemi. Gdy skała traci ciepło do skorupy ziemskiej, staje się stosunkowo chłodniejsza i gęstsza, opadając z powrotem do jądra. Uważa się, że te stale krążące komórki gorętszej i chłodniejszej stopionej skały pomagają ogrzać powierzchnię. Niektórzy geolodzy uważają, że prądy konwekcyjne w ziemi są przyczyną wybuchów wulkanów, trzęsień ziemi i dryfu kontynentów.