Конвекционная ячейка - это система, в которой жидкость нагревается, теряет плотность и вытесняется в область большей плотности. Цикл повторяется, и образуется шаблон движения. Ячейки конвекции в атмосфере Земли ответственны за дуновение ветра и могут быть обнаружены во множестве других природных и антропогенных явлений.
Основы конвекции
Конвекция, наряду с проводимостью и излучением, является одним из трех методов передачи тепла. Конвекция происходит за счет фактического движения материи. Это означает, что конвекция может иметь место только в газах, жидкостях и плазме, но не в твердом веществе. Хороший пример конвекции - воздушный шар. Когда воздух в воздушном шаре нагревается, молекулы, из которых он состоит, разлетаются. Это приводит к увеличению объема воздуха, что приводит к снижению плотности. При любой возможности плотная материя превращается в менее плотную. Теплый воздух в воздушном шаре выталкивается вверх более холодным воздухом окружающей атмосферы, унося с собой воздушный шар.
Естественная и принудительная конвекция
Естественная конвекция имеет место, когда движение происходит полностью из-за разницы в плотности теплого и холодного вещества. Принудительная конвекция возникает, когда движению способствует другая сила, такая как вентилятор или насос.
Конвекционные камеры
Для образования конвекционной ячейки требуется источник тепла. Жидкость нагревается источником тепла и отталкивается. Затем жидкость начинает терять тепло и неизбежно остывает. Эта более холодная и плотная материя возвращается к исходному источнику тепла потоком вновь нагретой материи. Формируется система движений, называемая конвекционной ячейкой. Жидкость будет продолжать движение, пока присутствует источник тепла.
Конвекционные ячейки в атмосфере
Конвекционные ячейки встречаются в атмосфере Земли как в малых, так и в больших масштабах. Например, морской бриз может быть результатом конвекционной камеры. Вода лучше держит тепло, чем земля. Это означает, что с восходом солнца воздух на суше нагревается быстрее, чем воздух над водой. Над землей образуется зона с низкой плотностью застройки. Воздух более высокой плотности из воды стремится заменить его, создавая океанский бриз. Ночью происходит то же самое, но в обратном порядке. В более крупном масштабе воздух нагревается более высокими температурами на экваторе, поднимается и распространяется на север и юг к полюсам, где он охлаждается.
Другие конвекционные камеры
Конвекционные камеры заставляют макароны подниматься и опускаться в кастрюле с кипящей водой. Одна из сил, которая способствует извержению лавы из вулкана, - это конвекция. Конвекционные ячейки можно найти даже на солнце.