Konveksjon

Figur 1. Et opphold kjøler døren, siden den varme luften (rød pil) og mindre tette stiger opp og rømmer fra den. Kilde: Wikimedia Commons. Genieclimatique/CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)

Hva er konveksjon?

De konveksjon Det er en av de tre mekanismene der varme overføres fra et varmere område til en kaldere. Det finner sted på grunn av bevegelsen av massen til en væske, som kan være flytende eller en gass. I alle fall kreves alltid et materielt medium slik at denne mekanismen kan gis.

Jo raskere bevegelse av væsken det gjelder, jo raskere vil den termiske energioverføringen være mellom områder med forskjellig temperatur. Dette skjer kontinuerlig med atmosfæriske luftmasser: fløybarhet er ansvarlig for den hotteste og mindre tette stigende mens den kaldeste og tette nedgangen.

Et eksempel på dette er det lukkede rommet til bildet, som umiddelbart er kult nedenfor.

Typer konveksjon

Naturlig og tvungen konveksjon

Figur 2. Eksempler på tvungen konveksjon og naturlig konveksjon. Kilde: Cengel, og. Termodynamikk.

Konveksjon kan være naturlig eller tvunget. I det første tilfellet beveger væsken seg av seg selv, som når du åpner døren til rommet, mens den i det andre blir tvunget av en vifte eller en pumpe, for eksempel.

Formidling og overvåking

Det kan også være to varianter: diffusjon og Brukerstøtte. I diffusjonen beveger fluidmolekyler seg mer eller mindre tilfeldig og varmeoverføring er langsom.

På den annen side, i oppstarten, flyttes en god mengde væskedeig, som for eksempel kan oppnås ved å tvinge konveksjonen med en vifte. Men fordelen med upstart er at det er mye raskere enn diffusjonen.

Kan tjene deg: vinkelhastighet: Definisjon, formel, beregning og øvelser

Hvordan overføres varmen ved konveksjon?

En enkel matematisk matematisk modell for konveksjon varmeoverføring er Newtons kjølelov. Tenk på et varmt overflateareal A, omgitt av kaldere luft, slik at temperaturforskjellen er liten.

La oss kalle at varmen overføres og T samtidig. Hastigheten som varmen overføres er dq/dt eller avledet fra funksjonen q (t) med hensyn til tid.

Siden varme er termisk energi, er enhetene i det internasjonale systemet Joules (J), derfor kommer overføringshastigheten i Joules/Second, som er Watts eller Watts (W).

Denne hastigheten er direkte proporsjonal med temperaturforskjellen mellom det varme og mediet, betegnet som Δt og også til overflaten TIL av objektet:

ΔT = Objekt overflatetemperatur - temperatur vekk fra objektet

Proporsjonalitetskonstanten kalles h, Det er det konveksjon varmeoverføringskoeffisient og bestemmes eksperimentelt. Enhetene i International System (SI) er w/m². K, men det er vanlig å finne det når det gjelder Celsius eller Celsius grader.

Det er viktig å merke seg at denne koeffisienten ikke er en flytende egenskap, siden den avhenger av forskjellige variabler, for eksempel overflategeometri, væskehastighet og andre funksjoner.

Ved å kombinere alle de ovennevnte, får matematisk Newtons kjølelov denne skjemaet:

dq/dt = ha Δt

Anvendelse av Newtons kjølelov

En person står midt i et rom 20 ° C, som en svak bris blåser. Hva er varmehastigheten som personen overfører til miljøet ved konveksjon? Anta at det utsatte overflatearealet er 1.6 m² og overflatetemperaturen på huden er 29 ºC.

Faktum: Varmeoverføringskoeffisienten ved konveksjon i dette tilfellet er 6 w/m². ºC

Løsning

Personen kan overføre varme til luften som omgir den, siden den er i bevegelse når han blåser brisen. For å finne DQ/DT -overføringshastigheten blir verdiene i Newton -ligningen for kjøling ganske enkelt erstattet:

Det kan tjene deg: Skalarstørrelse: Hva den består av, egenskaper og eksempler

dq/dt = 6 w/m². ºC x 1.6 m² X (29 ºC - 20 ° C) = 86.4 w.

Konveksjonseksempler

Varm hendene i en brann

Det er vanlig å varme opp hendene ved å nærme deg en brann eller varm brødrister, siden luften som omgir varmekilden, blir oppvarmet i sin tur og utvides, stiger fordi den er mindre tett. Mens du sirkulerer, pakker denne varme luften og varmer hendene.

Figur 3. En måte å varme opp hendene på er gjennom konveksjonsstrømmen som har sin opprinnelse i luften ved brannen

Luftstrøm på kysten

På kysten er havet kaldere enn jorden, så luften på jorden er oppvarmet og stiger, mens den kaldeste ankommer og er etablert i plassen som er igjen av denne andre når du stiger opp.

Dette kalles konveksjonscelle Og det er grunnen til at han føler seg kjøligere når han ser på havet og brisen blåser mot ansiktet på en varm dag. Om natten skjer det tvert imot, den friske brisen kommer fra land.

Vannsyklusen

Naturlig konveksjon oppstår i luften ved Oceanic Coast, ved bruk av den hydrologiske syklusen, der vann varmes opp og fordampes takket være solstråling. Vanndamp dannet stiger, kjøler og kondenserer dannende skyer, hvis masser øker og stiger opp ved konveksjon.

Ved å øke størrelsen på vannet synker det, kommer en tid når vannet blir utfelt i form av regn, fast eller væske, avhengig av temperaturen.

Kok vann i en beholder

Når vannet er plassert i tekanna eller kasserollen, varmes lagene nærmest bunnen først, siden flammen eller hornet er nærmere. Deretter utvides vannet og tettheten avtar, stiger derfor opp og det kaldere vannet tar sin plass i bunnen av beholderen.

Kan tjene deg: Mekanisk energi: Formler, konsept, typer, eksempler, øvelser Figur 4. Konveksjonsvannoppvarming. Kilde: Wikimedia Commons. Bruker: Oni Lukos/CC By-SA (http: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0/).

På denne måten sirkulerer alle lag raskt og all vannmasse blir oppvarmet. Dette er et godt eksempel på overvåking.

Vindgenerering

Konveksjonen i luftmassene, sammen med jordens rotasjonsbevegelse produserer vind, siden den kalde luften beveger seg og sirkulerer under den varme luften, og skaper forskjellige strømmer kalt strømmer av konveksjonsstrømmer.

Oseaniske strømmer

Vann oppfører seg på samme måte som hvordan luften gjør i atmosfæren. Det varmere vannet er nesten alltid nær overflaten, mens det kaldeste vannet er dypere.

Dinamo -effekt

Det forekommer i den smeltede kjernen i planetenes indre, hvor den kombineres med jordens rotasjonsbevegelse, og genererer elektriske strømmer som gir jordens magnetfelt.

Energioverføring inne i stjernene

Stjerner som solen er enorme gassfærer. Konveksjon er en effektiv energitransportmekanisme der, siden gassformige molekyler har nok frihet til å bevege seg mellom områder inne i stjernene.

Konveksjonsapplikasjoner

klimaanlegg

Klimaanlegget er plassert i nærheten.

Varmevekslere

Det er en enhet som tillater overføring av varme fra en væske til en annen og er prinsippet om drift av klimaanleggene og bilens motorkjølemekanismer, for eksempel.

Termiske isolatorer under konstruksjoner

De er laget ved å kombinere plater med isolerende materiale og legge luftbobler inni.

kjøletårn

De kalles kjøletårn, og tjener til å forkaste varme produsert av kjernefysiske sentraler, oljeraffinerier og andre forskjellige industrianlegg, i stedet for å gjøre det for å lande eller vann.

Referanser

1. Giambattista, a. 2010. Fysikk. 2. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Kjøring, konveksjon og stråling. Gjenopprettet fra: Eltamiz.com.
3. Natahenoo. Varmeapplikasjoner. Gjenopprettet fra: Cinehenao.WordPress.com.
4. Serway, r. Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 1. 7. Ed. Cengage Learning.
5. Wikipedia. Konveksjon. Hentet fra: i.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Thermique konveksjon. Gjenopprettet fra: kald.Wikipedia.org.