Konwekcja

Rysunek 1. Pobyt chłodzi drzwi, ponieważ gorące powietrze (czerwona strzałka) i mniej gęste wzniesie. Źródło: Wikimedia Commons. Genecielimatique/cc by-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)

Co to jest konwekcja?

konwekcja Jest to jeden z trzech mechanizmów, w których ciepło jest przenoszone z gorętszego obszaru na chłodniejsze. Odbywa się to z powodu ruchu masy płynu, który może być ciekłym lub gazem. W każdym razie zawsze wymagane jest medium materialne, aby można było podać ten mechanizm.

Im szybszy ruch danego płynu, tym szybsze przeniesienie energii cieplnej będzie między obszarami o różnej temperaturze. Dzieje się to w sposób ciągły z atmosferycznymi masami powietrza: Flotability jest odpowiedzialna za najgorętsze i mniej gęste rosnące, podczas gdy najzimniejszy i gęsty spadek.

Przykładem tego jest zamknięty pokój obrazu, który jest natychmiast chłodny poniżej.

Rodzaje konwekcji

Naturalna i wymuszona konwekcja

Rysunek 2. Przykłady przymusowej konwekcji i naturalnej konwekcji. Źródło: Cengel i. Termodynamika.

Konwekcja może być naturalna lub wymuszona. W pierwszym przypadku płyn porusza się sam w sobie, jak podczas otwierania drzwi pokoju, podczas gdy na przykład jest na przykład wymuszany przez wentylator lub pompę.

Rozpowszechnianie i monitorowanie

Mogą być również dwa warianty: dyfuzja I Wsparcie. W dyfuzji cząsteczki płynów poruszają się mniej lub bardziej losowo, a przenoszenie ciepła jest powolne.

Z drugiej strony, na górze przesuwa się spora ilość ciasta płynnego, co można osiągnąć, na przykład wymuszając konwekcję wentylatorem. Ale zaletą tego, że jest to znacznie szybsze niż dyfuzja.

Może ci służyć: prędkość kątowa: definicja, wzór, obliczenia i ćwiczenia

W jaki sposób ciepło jest przenoszone przez konwekcję?

Prostym matematycznym modelem matematycznym do przekazania ciepła konwekcyjnego jest prawo chłodzące Newtona. Rozważ gorącą powierzchnię A, otoczone chłodniejszym powietrzem, tak że różnica temperatur była niewielka.

Nazwijmy, że ciepło przeniesione i t jednocześnie. Szybkość przenoszenia ciepła jest DQ/dt lub wyprowadzona z funkcji q (t) w odniesieniu do czasu.

Ponieważ ciepło jest energią cieplną, jego jednostkami w systemie międzynarodowym są dżule (j), dlatego szybkość transferu jest dostępna w dżuli/drugim, które są watami lub watami (w).

Ta szybkość jest wprost proporcjonalna do różnicy temperatury między gorącym a medium, oznaczonym jako Δt a także do powierzchni DO obiektu:

ΔT = temperatura powierzchni obiektu - temperatura z dala od obiektu

Stała proporcjonalności jest nazywana H, To jest konwekcja współczynnik transmisji cieplnej i jest określane eksperymentalnie. Jego jednostki w systemie międzynarodowym (SI) są w/m². K, ale zwykle jest to znaleźć w kategoriach stopni Celsjusza lub Celsjusza.

Należy zauważyć, że ten współczynnik nie jest właściwością płynu, ponieważ zależy od różnych zmiennych, takich jak geometria powierzchni, prędkość płynu i inne cechy.

Łącząc wszystkie powyższe, matematycznie prawo chłodzenia Newtona nabywa ten formularz:

dq/dt = ha δt

Zastosowanie prawa chłodzącego Newtona

Osoba stoi na środku pokoju o 20 ° C. Jaka jest szybkość ciepła, którą dana osoba przesyła do środowiska przez konwekcję? Załóżmy, że odsłonięta powierzchnia wynosi 1.6 m² a temperatura powierzchni skóry wynosi 29 ° C.

Fakt: Współczynnik transferu ciepła przez konwekcję w tym przypadku wynosi 6 w/m². ºC

Rozwiązanie

Osoba może przenosić ciepło do otaczającego go powietrza, ponieważ jest on w ruchu podczas dmuchania bryzy. Aby znaleźć szybkość transferu DQ/DT, wartości w równaniu Newtona do chłodzenia są po prostu zastąpione:

Może ci służyć: wielkość skalarna: z czego składa się cechy i przykłady

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

Przykłady konwekcji

Podgrzej ręce w ogniu

Często ogrzewa ręce, zbliżając się do ognia lub gorącego tostera, ponieważ powietrze otaczające źródło ciepła jest ponownie ogrzewane i rozszerza się, ponieważ jest mniej gęste. Podczas krążenia, to gorące powietrze owija się i podgrzewa ręce.

Rysunek 3. Jednym ze sposobów podgrzewania rąk jest prąd konwekcyjny powstał w powietrzu przez ogień

Przepływ powietrza na wybrzeżu

Na wybrzeżu morze jest chłodniejsze niż ziemia, więc powietrze na ziemi jest ogrzewane i wznosi.

To się nazywa komórka konwekcyjna I to jest powód, dla którego czuje się chłodniejszy, gdy patrzy na morze, a bryza wieje jego twarzy w upalny dzień. W nocy występuje wręcz przeciwnie, świeża bryza pochodzi z lądu.

Obieg wody

Naturalna konwekcja występuje w powietrzu wybrzeża oceanicznego, przy użyciu cyklu hydrologicznego, w którym woda jest podgrzewana i odparowana dzięki promieniowaniu słonecznym. W ten sposób pary wodne wznoszą się, chłodzi i kondensuje tworzenie chmur, których masy rosną i wznoszą się przez konwekcję.

Poprzez zwiększenie wielkości kropli wody pojawia się czas, gdy woda jest wytrącona w postaci deszczy, stałego lub cieczy, w zależności od temperatury.

Gotuj wodę w pojemniku

Gdy woda jest umieszczona w czajniku lub rondlu, warstwy najbliżej dna są najpierw podgrzewane, ponieważ płomień lub ciepło klaksonu są bliżej. Następnie woda się rozszerza, a jej gęstość maleje, a zatem wznosi się, a zimniejsza woda zajmuje miejsce na dnie pojemnika.

Może ci służyć: Energia mechaniczna: wzory, koncepcja, typy, przykłady, ćwiczenia Rysunek 4. Ogrzewanie wody konwekcyjnej. Źródło: Wikimedia Commons. Użytkownik: Oni Lukos/CC BY-SA (http: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/).

W ten sposób wszystkie warstwy krążą szybko, a cała masa wody jest podgrzewana. To dobry przykład monitorowania.

Generowanie wiatru

Konwekcja w masach powietrza wraz z ruchem obrotu ziemi wytwarza wiatry, ponieważ zimne powietrze porusza się i krąży poniżej gorącego powietrza, tworząc różne prądy zwane prądami prądów konwekcyjnych.

Prądy oceaniczne

Woda zachowuje się podobnie jak powietrze w atmosferze. Cieplejsze wody są prawie zawsze blisko powierzchni, podczas gdy najzimniejsze wody są głębsze.

Efekt Dinamo

Występuje w stopionym jądrze wnętrza planety, gdzie jest łączone z ruchem obrotu Ziemi, wytwarzając prądy elektryczne, które powodują powstanie pola magnetycznego Ziemi.

Transmisja energii w gwiazdkach

Gwiazdy takie jak słońce to ogromne kulki gazowe. Konwekcja jest tam wydajnym mechanizmem transportu energii, ponieważ cząsteczki gazowe mają wystarczającą swobodę, aby poruszać się między obszarami wewnątrz gwiazd.

Zastosowania konwekcyjne

klimatyzatory

Klimatyzacja jest umieszczana w pobliżu dachu pomieszczeń, tak że chłodzone powietrze, które jest gęstsze, zejścia i chłodne bliżej ziemi.

Wymienniki ciepła

Jest to urządzenie, które umożliwia transmisję ciepła z jednego płynu do drugiego i jest na przykład zasadą działania klimatyzatorów i mechanizmów chłodzenia silnika samochodu.

Izolatory termiczne w budownictwie

Są one wytwarzane przez łączenie płyt z materiału izolacyjnego i dodanie bąbelków powietrza w środku.

chłodzące wieże

Nazywane także wieżami chłodzącymi, służą one do odrzucania ciepła wytwarzanego przez centrale jądrowe, rafinerie ropy naftowej i inne różnorodne obiekty przemysłowe, zamiast robić to na ląd lub wodę.

Bibliografia

1. Giambattista, a. 2010. Fizyka. 2. Wyd. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Jazda, konwekcja i promieniowanie. Odzyskany z: eltamiz.com.
3. Natahenoo. Zastosowania ciepła. Odzyskane z: cinehenao.WordPress.com.
4. Serway, r. Fizyka nauk i inżynierii. Tom 1. 7th. Wyd. Cengage Learning.
5. Wikipedia. Konwekcja. Źródło: w:.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Konwekcja Thermique. Odzyskane z: zimno.Wikipedia.org.