Zrozumienie różnych mechanizmów wymiany ciepła jest ważne dla studentów fizyki, meteorologii i geografii. W większości różnice są łatwe do zrozumienia. Jednak jednym wspólnym punktem nieporozumienia jest rozróżnienie między konwekcją a adwekcją.
Po pierwszym przeczytaniu definicji obu, bardzo kuszące jest myślenie o nich jako o jednym i tym samym zjawisku, ale w rzeczywistości adwekcja jest składnik szerszego, bardziej wszechogarniającego procesu konwekcji. Zrozumienie tego rozróżnienia jest kluczowe, jeśli chcesz opisać oba procesy.
Co to jest konwekcja?
Konwekcja to wieloetapowy proces, który często powoduje cykliczny ruch płynu w odpowiedzi na ogrzewanie. Wyobraź sobie wodę na patelni, która jest zbyt gorąca: gdy dno patelni się nagrzewa, ciepło to jest przenoszone (przez przewodzenie) do wody na dnie patelni.
Woda następnie nagrzewa się, powodując, że jej cząsteczki wibrują bardziej, a ogólna gęstość tej części wody zmniejsza się z powodu zwiększonego ruchu cząsteczek. Zmniejszenie gęstości powoduje, że cieplejsza porcja wody unosi się, zastępując ją chłodniejszą, gęstszą wodą z górnej części garnka.
Gdy cieplejsza woda się podnosi, traci część swojej dodatkowej energii (przenosząc się do innych części wody, a także tracąc w wyniku ruchu), powodując jej ochłodzenie i zagęszczenie.
W tym samym czasie chłodniejsza woda, która zastąpiła ją na dnie garnka, podgrzała się, stała się mniej gęsta i zaczęła się unosić. Proces zaczyna się od nowa, w wyniku czego prądy konwekcyjne na całej patelni. Ten sam proces zachodzi również w atmosferze, w powietrzu w pobliżu grzejnika oraz w wielu innych miejscach, gdzie występuje wyraźne źródło ciepła.
Co to jest adwekcja?
Adwekcja to bardziej specyficzny proces, definiowany jako przenoszenie czegoś (np. temperatury, wilgoci lub substancji) z jednego miejsca do drugiego za pomocą masowego ruchu płynu, zazwyczaj poziomo.
Kluczową częścią tej definicji jest to, że jest to wyłącznie transport materiału lub ilości przez ruch płynu, a więc definicja geografii adwekcji silnie zależy od prądów wiatru lub oceanu prądy.
Na przykład ciepły prąd oceaniczny przenosi wodę o wyższej temperaturze z jednego miejsca do drugiego, ponieważ jest przenoszona wraz z ruchem masowym akwenu. W podobny sposób ruch ciał ciepłego i zimnego powietrza (tj. frontów gorących i zimnych) w meteorologii jest przykładem adwekcji.
Konwekcja a Adwekcja
Źródło zamieszania między konwekcją a adwekcją powinno być teraz jasne. W obu procesach ciepło może być przenoszone z jednego miejsca do drugiego przez ruch płynu, więc w pewnym sensie procesy zachodzą na siebie w dużym stopniu. Kluczowym czynnikiem jest jednak konwekcja zawiera adwekcja, ale obejmuje również transfer przewodzący lub dyfuzyjny, podczas gdy adwekcja odnosi się wyłącznie do przenoszenia ilości poprzez ruch płynu.
Możesz bardziej szczegółowo rozważyć konwekcję i adwekcję, aby zrozumieć różnicę. Początkowo ciepło jest przekazywane do płynu, co powoduje, że zawarte w nim cząsteczki poruszają się w przypadkowych kierunkach, rozprowadzając ciepło poprzez dyfuzję.
Następnie jako dyfuzja kontynuuje, a gęstość części płynu spada, następuje adwekcyjne przeniesienie energia wewnętrzna do innego miejsca w płynie, po czym następuje dyfuzja do innych części ciekły.
Krótko mówiąc, adwekcja jest szczególnie zależna od prądów w płynie, podczas gdy konwekcja jest szerszym procesem, który obejmuje również dyfuzyjne przenoszenie ciepła. Jako taka, adwekcja może istnieć tylko w gazach i cieczach, a nie jest możliwa w ciele stałym.