Konwekcja transfer ciepła (z przykładami)

Przenoszenie ciepła przez konwekcję Występuje poprzez ruch płynu, który może być gazem lub cieczy. Gdy gęstość maleje wraz ze wzrostem temperatury, najgorętsze masy płynu rosną. W ten sposób występuje ruch płynny, przez który ciepło jest transportowane z jednego miejsca do drugiego.

Jest to cecha, która rozróżnia konwekcję jazdy i promieniowania, ponieważ w konwekcji zawsze występuje przemieszczenie masy netto. Z drugiej strony promieniowanie nie potrzebuje do rozprzestrzeniania się pożywki materialnej, a jeśli chodzi o przenoszenie jazdy, wynika to z kolejnych zderzeń między atomami i cząsteczkami, bez ruchu netto materii.

Jednak na poziomie atmosfery i oceanów łatwe jest wystąpienia przemieszczeń dużych mas powietrza i wody. Dlatego konwekcja jest przeważającym mechanizmem transferu energii w tych pożywkach i jest tym, który w dużej mierze określa klimat Ziemi.

W kuchni domowej możesz uważnie zobaczyć mechanizmy przenoszenia ciepła. Po prostu umieść wodę do ogrzewania w rondlu. Część płynów, która jest najbliżej ognia Hornilli, jest ogrzewana, a jej gęstość maleje i wzrasta. Jego miejsce zajmuje chłodniejsza woda, która schodzi na dno garnka.

[TOC]

Rodzaje konwekcji

Gdy część płynów jest podgrzewana, jej cząsteczki poruszają się szybciej i odchodzą od siebie. Z tego powodu płyn w wyższej temperaturze staje się mniej gęsty i jest zdolny do wznoszenia się przez flotację, niosąc ze sobą ciepło.

Następnie chłodniejsza masa płynna zajmuje miejsce pozostawione przez te rosnące cząsteczki, a ta ciągła wymiana generuje połączenia Prądy konwekcyjne.

Można to osiągnąć na dwa sposoby: przez naturalną (wolną) konwekcję lub wymuszoną konwekcję. Podobnie obie formy konwekcji są obecne w centralnych systemach grzewczych lub elektrownia słonecznych.

Może ci służyć: biofizyka: historia, jakie badania, zastosowania, pojęcia, metody

Następnie każdy składa się z:

Naturalna i wymuszona konwekcja

W tym mechanizmie ciepło płynie tylko dzięki faktowi, że różnica temperatury w danym płynie. Bez grawitacji nie ma naturalnej konwekcji.

W laboratorium istnieje prosty eksperyment, który pozwala na wizualizację tych naturalnych prądów konwekcyjnych, gdy powstają one w wodzie.

Złożona szklana rura jest wymagana w kwadratowym lub prostokątnym kształcie i barwniku, który sprawia, że ​​prądy rosnące są widoczne. Zazwyczaj jest to nadmanganian potasu, który farbuje fioletową wodę lub krople jakiejś atramentu.

Teraz jeden z dolnych zakątków rury i gęstość części wody, która jest tylko na płomie, zmniejsza się i wznosi, zastępując bardziej zimną wodą wodą.

Prosty eksperyment ilustrujący, w jaki sposób powstają prądy konwekcyjne w wodzie. Źródło: f. Zapata.

Ten ciągły proces wymiany między zimną a gorącą wodą generuje prąd konwekcyjny sprzeczny z zegariem, który jest obserwowany dzięki farbowi fioletowego, jak pokazano na górnej figurze.

Płyn do krążenia może być również zmuszony do przekazywania ciepła, zamiast pozwolić, aby prądy konwekcyjne naturalnie wystąpią z powodu różnicy w gęstościach.

Kiedy następuje konwekcja dzięki środkom zewnętrznym, które napędzają płyn, taki jak wentylator lub pompa, jest to wymuszona konwekcja. Płyn może być zmuszony do przepływu przez rury, jak w centralnych systemach grzewczych domów, chłodnicy samochodu lub w bardziej otwartej przestrzeni, dzięki wentylatorowi ASPAS.

Może ci służyć: Lenz Law: Formuła, równania, aplikacje, przykłady

Przykłady transferu ciepła konwekcyjnego

Centralne systemy grzewcze

Centralny system ogrzewania w domu wykorzystuje transfer ciepła przez konwekcję w wodzie.

W tym celu musisz krążyć ciepłą wodę przez rury pod podłogą, z centralnego kotła. W ten sposób woda przenosi ciepło do grzejników lub ogrzewania, a na nich ciepło przechodzi do pomieszcze.

Jak widać, zarówno naturalna, jak i wymuszona konwekcja jest obecna w środkowym mechanizmie grzewczym.

Gromiatory, piece i kominy

Źródła ciepła, takie jak grzejniki, ogrzewają otaczające je powietrze i wznosi się, podczas gdy powietrze z górnej części opada, wytwarzając prądy powietrzne konwekcyjne w ciepłym pomieszczeniu.

Cook: Bot and Fry

Gdy woda zawarta w tym doniczce jest ogrzewana, przenosza się ciepło przez konwekcję

Za każdym razem, gdy jedzenie jest gotowane w wodzie lub zanurzone w oleju smaczonym, są gotowane przez ciepło przenoszone przez konwekcję.

Według zastosowanego wariantu pasteryzacji w pasteryzacji i innych płynnych produktach spożywczych jest ogrzewane do wysokich temperatur. Odbywa się to w celu wyeliminowania bakterii i zwiększenia trwałości produktu.

Konwekcja jest głównym mechanizmem przenoszenia ciepła w tych przypadkach, chociaż inne mechanizmy, takie jak jazda, nie są wykluczone.

Wiatry

Prądy konwekcyjne w atmosferze powodują wiatry. Prądy te powstają z powodu wielu czynników, w tym faktu, że powierzchnia ziemi jest podgrzewana nierówno.

Na przykład w ciągu dnia plaża nagrzewa się bardziej niż woda morska, więc flotacja sprawia, że ​​powietrze na plaży pyta i najzimniejsze powietrze, przybywające z morza, zajmuje swoje miejsce.

Może ci służyć: teoria Wielkiego Wybuchu: cechy, etapy, dowody, problemy

Ale w nocy proces występuje w odwrotności, ponieważ plaża traci ciepło szybciej niż cieplejsza woda i powietrze idzie na morze. Właśnie dlatego w klubie nocnym na plaży dym przesuwa się w kierunku morza, podczas gdy ogień jest wydawany w ciągu dnia, dym porusza się w kierunku ziemi.

Pole magnetyczne Ziemi

Ziemia składa się z warstw, a jądro ma zewnętrzną warstwę w wysokiej temperaturze, która nie jest zestalona. Ruch planety tworzy prądy konwekcyjne w tym płynie, który uważa się za odpowiedzialny za pole magnetyczne Ziemi.

Pola magnetyczne są spowodowane obecnością poruszających się obciążeń elektrycznych. Jony i naładowane cząstki obecne w jądrze zewnętrznym są zdolne do wygenerowania tego pola, ponieważ ruchy planetarne powodują, że takie cząstki mają zachowanie podobne do małych zakrętów (zamknięte obwody) prądu.

Naukowcy znaleźli korelację między intensywnością pola magnetycznego a prędkością obrotu planety. Uważa się, że słabe pole magnetyczne Wenus wynika z faktu, że jego prędkość obrotowa jest mniejsza niż w przypadku Jowisza, którego pole magnetyczne jest znacznie bardziej intensywne.

Bibliografia

1. Giambattista, a. 2010. Fizyka. 2. Wyd. McGraw Hill.
2. Giancoli, zm.  2006. Fizyka: zasady z aplikacjami. 6th. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna nauka fizyczna. 5. Wyd. osoba.
4. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. Wyd. Tom 1. osoba.
5. Serway, r., Jewett, J. 2008. Fizyka nauk i inżynierii. Tom 1. 7th. Wyd. Cengage Learning.
6. Tippens, s. 1. 2011. Fizyka: koncepcje i zastosowania. 7. edycja. McGraw Hill.