Konveksjon varmeoverføring (med eksempler)

De Varmeoverføring ved konveksjon Det skjer gjennom bevegelse av en væske, som kan være gass eller væske. Når tettheten avtar når temperaturen øker, stiger de hotteste væskemassene, mens de kaldeste delene går ned. På denne måten er det en fluidmassebevegelse, gjennom hvilken varme fra et sted til et annet.

Dette er karakteristikken som skiller konveksjonen av kjøring og stråling, for i konveksjon er det alltid en netto masseforskyvning. På den annen side trenger ikke stråling et materielt medium for å spre seg, og når det gjelder kjøring, skyldes det påfølgende kollisjoner mellom atomer og molekyler, uten nettbevegelse av materie.

På atmosfærens og havets nivå er det imidlertid lett for forskyvninger av store luft- og vannmasser å oppstå. Det er grunnen til at konveksjon er den overførende energioverføringsmekanismen i disse mediene, og er den som i stor grad bestemmer jordens klima.

På et hjemmekjøkken kan du nøye se varmeoverføringsmekanismene. Bare legg vann i varme i en kjele. Væskedelen som er nærmest flammen på Hornilla blir oppvarmet, dens tetthet avtar og stiger. Stedet er okkupert av kaldere vann, som går ned til bunnen av gryten.

[TOC]

Typer konveksjon

Når en flytende del blir oppvarmet, beveger molekylene seg raskere og går fra hverandre. Av den grunn blir væsken ved en høyere temperatur mindre tett og er i stand til å stige opp ved flotasjon, og bærer varmen med den.

Da okkuperer en kaldere væskemasse stedet som er igjen av disse stigende molekylene, og denne kontinuerlige utvekslingen genererer samtalene konveksjonsstrømmer.

Dette kan oppnås på to måter: ved naturlig (gratis) konveksjon eller ved tvangskonveksjon. På samme måte er begge former for konveksjon til stede i sentrale varmesystemer eller solenergiverk.

Kan tjene deg: Biofysikk: Historie, hvilke studier, applikasjoner, konsepter, metoder

Deretter består hver av:

Naturlig og tvungen konveksjon

I denne mekanismen strømmer varmen bare takket være det faktum at temperaturforskjellen i væsken det gjelder. Uten tyngdekraften er det ingen naturlig konveksjon.

Det er et enkelt eksperiment i laboratoriet som tillater visualisering av disse naturlige konveksjonsstrømmene når de dannes i vann.

Et brettet glassrør kreves i firkantet eller rektangulær form og et fargestoff som gjør stigende strømmer synlige. Dette er vanligvis kaliumpermanganat, som fargir fiolett vann eller dråper av en slags blekk.

Nå er et av de nedre hjørnene av røret og tettheten av vanndelen som er bare på flammen avtar og stiger, og blir erstattet av en mer kaldt vanndel av vannet.

Enkelt eksperiment for å illustrere hvordan konveksjonsstrømmer dannes i vann. Kilde: f. Zapata.

Denne kontinuerlige utvekslingsprosessen mellom kaldt og varmt vann genererer en konveksjonsstrøm i strid med klokken, som blir observert takket være det fiolette fargestoffet, som vist i det øvre figur.

Væsken som skal sirkuleres kan også tvinges til å overføre varme, i stedet for å la konveksjonsstrømmer naturlig oppstå på grunn av forskjellen i tettheter.

Når konveksjonen oppstår takket være eksterne midler som driver væsken, for eksempel en vifte eller en pumpe, er den tvunget konveksjon. Væsken kan tvinges til å strømme gjennom et rør, som i husets sentralvarmesystemer, radiatoren til en bil eller i en mer åpen plass, takket være en ASPAS -fan.

Kan tjene deg: Lenz Law: Formula, ligninger, applikasjoner, eksempler

Konveksjon varmeoverføringseksempler

Sentralvarmesystemer

Sentralvarmesystemet i et hus benytter seg av varmeoverføring ved konveksjon i vannet.

For dette må du sirkulere varmt vann gjennom rør under gulvet, fra en sentral kjele. På denne måten overfører vannet varme til radiatorer eller oppvarming, og av disse passerer varmen til rommene, mens det kalde vannet kommer tilbake til varmekjelen for å gjenta syklusen.

Som det fremgår av, er både naturlig og tvungen konveksjon til stede i sentralvarmemekanismen.

Radiatorer, ovner og skorsteiner

Varmekilder som radiatorer varmer opp luften som omgir dem og den stiger, mens luften fra den øvre delen går ned, og genererer konvektive luftstrømmer i det varme rommet.

Kok: Kok og stek

Når vannet i denne potten varmes opp, dominerer varmeoverføringen ved konveksjon

Hver gang mat kokes i vann eller nedsenket i stekeolje, blir de tilberedt ved varme overført ved konveksjon.

I pasteuriseringsmelk og annen flytende matvare blir oppvarmet til høye temperaturer i visse perioder, i henhold til pasteuriseringsvarianten som brukes. Dette gjøres for å eliminere bakterier og øke holdbarheten.

Konveksjon er den viktigste varmeoverføringsmekanismen i disse tilfellene, selv om andre mekanismer, for eksempel kjøring, ikke er ekskludert.

Vinden

Konveksjonsstrømmer i atmosfæren forårsaker vind. Disse strømningene dannes på grunn av mange faktorer, inkludert det faktum at jordoverflaten blir oppvarmet ulikt.

For eksempel, i løpet av dagen, blir stranden opp mer enn sjøvann, så flotasjonen får luften på toppen av stranden og spør og den kaldeste luften, som ankommer fra havet, okkuperer sin plass.

Det kan tjene deg: Teori om Big Bang: Kjennetegn, stadier, bevis, problemer

Men om natten skjer prosessen omvendt, siden stranden mister varmen raskere enn det varmere vannet og luften går til sjøen. Det er grunnen til at i en nattklubb på stranden beveger røyken seg mot havet, mens hvis brannen er laget på dagtid, beveger røyken seg mot bakken.

Jordens magnetfelt

Jorden er sammensatt av lag, og kjernen har et ytre lag, ved høy temperatur, som ikke er størknet. Planetens bevegelse skaper konveksjonsstrømmer i denne væsken, som antas er ansvarlig for jordens magnetfelt.

Magnetfelt skyldes tilstedeværelsen av bevegelige elektriske belastninger. Ionene og ladede partikler som er til stede i den ytre kjernen er i stand til å generere dette feltet, siden planetariske bevegelser gjør at slike partikler har en oppførsel som ligner på små svinger (lukkede kretsløp) av strøm.

Forskere har funnet en sammenheng mellom magnetfeltets intensitet og planetens rotasjonshastighet. Det antas at det svake magnetfeltet i Venus skyldes det faktum at rotasjonshastigheten er mindre enn Jupiter, hvis magnetfelt er mye mer intens.

Referanser

1. Giambattista, a. 2010. Fysikk. 2. Ed. McGraw Hill.
2. Giancoli, d.  2006. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner. 6. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Konseptuell fysisk vitenskap. 5. plass. Ed. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysikk med moderne fysikk. 14. Ed. Volum 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. 2008. Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 1. 7. Ed. Cengage Learning.
6. Tippens, p. 2011. Fysikk: konsepter og applikasjoner. 7. utgave. McGraw Hill.