Het fenomeen van convectie en voorbeelden van convectie

Als u uw hand dichter bij de meegeleverde gloeilamp brengtof plaats een palm boven een hete plaat, je voelt de beweging van warme luchtstromen. Hetzelfde effect kan worden waargenomen met een schommel van een vel papier dat over een open vlam is geplaatst. Beide effecten worden verklaard door convectie.

Wat is het?

Het fenomeen van convectie is gebaseerd op de uitbreiding vankoude kwestie wanneer in contact met hete massa's. Onder dergelijke omstandigheden verliest de verwarmde substantie zijn dichtheid en wordt deze lichter in vergelijking met de omringende koude ruimte. Zeer nauwkeurig komt dit kenmerk van het verschijnsel overeen met de beweging van warmtefluxen wanneer water wordt verwarmd.

De beweging van moleculen in tegengestelde richtingenonder invloed van verwarming - dit is precies waar convectie op is gebaseerd. Straling, warmtegeleiding zijn soortgelijke processen, maar ze hebben voornamelijk betrekking op de overdracht van thermische energie in vaste stoffen.

Heldere voorbeelden van convectie - warm bewegenlucht in het midden van de kamer met radiatoren, wanneer verwarmde stromen naar het plafond bewegen, en koude lucht naar het hele oppervlak van de vloer daalt. Dat is de reden waarom wanneer de verwarming aan de bovenkant van de kamer wordt ingeschakeld, de lucht merkbaar warmer is dan het onderste deel van de kamer.

De wet van Archimedes en thermische uitzetting van fysieke lichamen

Begrijpen wat een natuurlijk isconvectie, volstaat het om het proces te overwegen bij het voorbeeld van de wet van Archimedes en het fenomeen van expansie van organen onder invloed van warmtestraling. Dus, volgens de wet, een temperatuurverhoging verhoogt de vereiste hoeveelheden vloeistof. De verwarmde vloeistof in de bodem van containers bovenliggende, terwijl vocht grotere dichtheid respectievelijk hieronder bewogen. Bij verhitting van boven en een minder dichte fluïdum plaats blijft, in dit geval, zal het fenomeen optreden.

De opkomst van het concept

De term 'convectie' werd voor het eerst voorgesteld door de Engelse wetenschapper William Prut in 1834. Het werd gebruikt om de verplaatsing van thermische massa's in verwarmde, bewegende vloeistoffen te beschrijven.

De eerste theoretische studies van het fenomeenconvectie begon pas in 1916. In de loop van de experimenten werd vastgesteld dat de overgang van diffusie naar convectie in vloeistoffen die van beneden worden verwarmd, plaatsvindt wanneer bepaalde kritische temperatuurwaarden worden bereikt. Later werd deze waarde gedefinieerd als het "Roel-nummer". Het was zo genoemd naar de onderzoeker die het bestudeerde. De resultaten van de experimenten maakten het mogelijk om de beweging van warmtefluxen onder invloed van de krachten van Archimedes uit te leggen.

Soorten convectie

Er zijn verschillende typen beschreven door onsverschijnselen - natuurlijke en geforceerde convectie. Een voorbeeld van bewegende stromen warme en koude lucht in het midden van de kamer is de beste manier om het proces van natuurlijke convectie te karakteriseren. Wat betreft de geforceerde, kan worden waargenomen met het mengen van de vloeistof met een lepel, een pomp of een roerder.

Convectie is onmogelijk wanneer de vaste stoffen worden verwarmd. Het is allemaal de schuld van een sterke wederzijdse aantrekking met de vibratie van hun vaste deeltjes. Als gevolg van het verwarmen van de lichamen van een vaste structuur, komen convectie en straling niet voor. Thermische geleiding vervangt deze verschijnselen in dergelijke lichamen en bevordert de overdracht van thermische energie.

Een aparte weergave is de zogenaamdecapillaire convectie. Er is een proces met temperatuurdalingen tijdens de vloeistofstroom door de leidingen. In natuurlijke omstandigheden is het belang van een dergelijke convectie, samen met het natuurlijke en geforceerde, niet van belang. In de ruimtetechnologie worden capillaire convectie, straling en thermische geleidbaarheid van materialen echter zeer belangrijke factoren. Zelfs de zwakste convectieve bewegingen in omstandigheden van gewichtloosheid leiden tot moeilijkheden bij het realiseren van bepaalde technische problemen.

Convectie in lagen van de aardkorst

De convectieprocessen zijn onlosmakelijk verbonden metnatuurlijke vorming van gasvormige stoffen in de dikte van de aardkorst. Beschouw de bol als een bol die bestaat uit verschillende concentrische lagen. In het midden bevindt zich een massieve hete kern, die een vloeibare massa van hoge dichtheid is met ijzer, nikkel en andere metalen.

De omringende lagen voor de kern van de aarde zijnlithosfeer en halfvloeibare mantel. De bovenste laag van de aardbol is rechtstreeks de aardkorst. De lithosfeer wordt gevormd door afzonderlijke platen die zich in vrije beweging bevinden en langs het oppervlak van de vloeistofmantel bewegen. Tijdens het ongelijkmatig verwarmen van verschillende delen van de mantel en rotsen, die verschillen in hun verschillende samenstelling en dichtheid, worden convectiestromen gevormd. Het is onder invloed van dergelijke stromingen dat er een natuurlijke transformatie van de oceaanbodem en de beweging van de dragende continenten is.

Verschillen in convectie door warmtegeleiding

Thermische geleidbaarheid moet worden begrepenHet vermogen van fysieke lichamen om warmte over te dragen door de beweging van atomaire en moleculaire verbindingen. Metalen zijn uitstekende geleiders van warmte, omdat hun moleculen in onlosmakelijk contact met elkaar zijn. Integendeel, gasvormige en vluchtige stoffen werken als slechte warmtegeleiders.

Hoe ontstaat convectie? De fysica van de werkwijze is gebaseerd op de warmteoverdracht als gevolg van het vrije verkeer van massa moleculaire stoffen. Op zijn beurt, de thermische geleidbaarheid uitsluitend in de energieoverdracht tussen de samenstellende deeltjes van het fysieke lichaam. De ene en het andere proces is niet mogelijk zonder de aanwezigheid van fijn stof.

Voorbeelden van het fenomeen

Het meest eenvoudige en gemakkelijk te begrijpenEen voorbeeld van convectie kan het proces zijn van het bedienen van een gewone koelkast. Circulatie van gekoeld Freon-gas door de pijpen van de koelkamer leidt tot een verlaging van de temperatuur van de bovenste luchtlagen. Bijgevolg, het vervangen van de warmere stromen, vallen de koude naar beneden, waardoor de producten worden afgekoeld.

Bevindt zich op de achterkant van de koelkastHet rooster speelt de rol van een element dat bijdraagt ​​tot de verwijdering van warme lucht die wordt gegenereerd in de compressor van de eenheid tijdens gascompressie. Roosterkoeling is ook gebaseerd op convectiemechanismen. Het is om deze reden dat het niet wordt aanbevolen om de ruimte achter de koelkast op te ruimen. Immers, alleen in dit geval kan koeling probleemloos plaatsvinden.

Andere voorbeelden van convectie kunnen worden waargenomen door waar te nemenVoor een dergelijk natuurlijk fenomeen als de beweging van de wind. Verwarmend over droge continenten en koeling over terrein met zwaardere omstandigheden, beginnen luchtstromen elkaar te verplaatsen, wat leidt tot hun beweging, evenals de beweging van vocht en energie.

Convectie bond de mogelijkheid van zwevende vogels enzweefvliegtuigen. Minder dichte en warmere luchtmassa's met ongelijke verwarming aan de oppervlakte van de aarde leiden tot de vorming van opgaande stromingen, wat bijdraagt ​​tot het stijgende proces. Om de maximale afstanden te overbruggen zonder de kosten van energie en energie, hebben vogels het vermogen nodig om vergelijkbare stromingen te vinden.

Goede voorbeelden van convectie zijn de vorming van rook inschoorstenen en vulkanische kraters. Het verplaatsen van de rook is gebaseerd op zijn hogere temperatuur en lagere dichtheid in vergelijking met de omgeving. Bij afkoeling nestelt de rook zich geleidelijk in de onderste lagen van de atmosfeer. Het is om deze reden dat industriële leidingen, waardoor schadelijke stoffen in de atmosfeer vrijkomen, zo hoog mogelijk worden gemaakt.

De meest voorkomende voorbeelden van convectie in de natuur en technologie

Onder de eenvoudigste, begrijpelijke voorbeelden die kunnen worden waargenomen in de natuur, het leven en de technologie, moet worden opgemerkt:

• de beweging van luchtstromingen tijdens de werking van huishoudelijke radiatoren;
• formatie en beweging van wolken;
• het proces van wind, moesson en bries;
• verplaatsing van tektonische aardplaten;
• processen die leiden tot vrije gasvorming.

koken

Steeds vaker wordt het verschijnsel convectie gerealiseerd inmoderne huishoudelijke apparaten, met name in ovens. Een gaskast met convectie maakt het mogelijk om verschillende gerechten tegelijkertijd op verschillende niveaus en met verschillende temperaturen te bereiden. Tegelijkertijd is het mengen van smaken en geuren volledig uitgesloten.

Luchtverwarming in een traditionele ovenGebaseerd op de werking van een enkele brander, wat leidt tot een ongelijkmatige warmteverdeling. Door de doelbewuste beweging van hete luchtstromen met behulp van een gespecialiseerde ventilator, zijn de gerechten in de convectieoven sappiger en beter gebrand. Dergelijke apparaten worden snel warm, waardoor u minder tijd nodig hebt om te koken.

Uiteraard voor huisvrouwen die kokenoven slechts een paar keer per jaar, kan een huishoudelijk apparaat met de functie van convectie niet een techniek van eerste noodzaak worden genoemd. Maar voor diegenen die niet kunnen leven zonder culinaire experimenten, zal zo'n apparaat eenvoudigweg onvervangbaar worden in de keuken.

We hopen dat het gepresenteerde materiaal nuttig voor u was. Het allerbeste!

</ p>