Konvektio

Kuvio 1. Oleskelu on oven jäähdytys, koska kuuma ilma (punainen nuoli) ja vähemmän tiheä nousee ja pakenee siitä. Lähde: Wikimedia Commons. Genieclimatque/CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)

Mikä on konvektio?

Se konvektio Se on yksi kolmesta mekanismista, joissa lämpö siirretään kuumemmalta alueelta kylmemmälle. Se tapahtuu nesteen massan liikkumisen vuoksi, joka voi olla nestettä tai kaasua. Joka tapauksessa tarvitaan aineellista väliainetta, jotta tämä mekanismi voidaan antaa.

Mitä nopeammin kyseisen nesteen liikkuminen, sitä nopeampi lämpöenergian siirto on eri lämpötilan alueiden välillä. Tämä tapahtuu jatkuvasti ilmakehän ilmamassoilla: Flotability on vastuussa kuumimmasta ja vähemmän tiheästä nousevan, kun taas kylmimpi ja tiheä heikkeneminen.

Esimerkki tästä on kuvan suljettu huone, joka on heti viileä alla.

Konvektiotyypit

Luonnollinen ja pakotettu konvektio

Kuva 2. Esimerkkejä pakotetusta konvektiosta ja luonnollisesta konvektiosta. Lähde: Cengel ja. Termodynamiikka.

Konvektio voi olla luonnollista tai pakotettua. Ensimmäisessä tapauksessa neste liikkuu itsessään, kuten huoneen oven avaamisen aikana, kun taas toisessa se pakottaa tuulettimen tai pumpun, esimerkiksi.

Levittäminen ja seuranta

Voi olla myös kaksi varianttia: levitys ja Tuki. Diffuusiossa nesteen molekyylit liikkuvat enemmän tai vähemmän satunnaisesti ja lämmönsiirto on hidasta.

Toisaalta siirretään hyvässä määrän neste taikinaa, joka voidaan saavuttaa pakottamalla konvektio esimerkiksi tuulettimella. Mutta nousun etuna on, että se on paljon nopeampi kuin diffuusio.

Voi palvella sinua: Kulmainen nopeus: Määritelmä, kaava, laskenta ja harjoitukset

Kuinka lämpö siirretään konvektiolla?

Yksinkertainen matemaattinen matemaattinen matemaattinen malli konvektion lämmönsiirtoon on Newtonin jäähdytyslaki. Harkitse kuumaa pinta -alaa A, kylmemmän ilman ympäröimänä, niin että lämpötilaero on pieni.

Kutsutaan, että lämpö siirretään ja t samanaikaisesti. Nopeus, jolla lämpö siirretään.

Koska lämpö on lämpöenergiaa, sen yksiköt kansainvälisessä järjestelmässä ovat Joules (J), joten siirtonopeus on joules/sekunnissa, jotka ovat watts tai watts (w).

Tämä nopeus on suoraan verrannollinen kuuman ja väliaineen väliseen lämpötilaeroon Δt ja myös pinta -alaan -Lla esine:

Δt = objektin pinnan lämpötila - lämpötila pois esineestä

Suhteellisuusvakiona kutsutaan h, Tuo on Konvektion lämmönsiirtokerroin ja määritetään kokeellisesti. Sen yksiköt kansainvälisessä järjestelmässä (SI) ovat w/m². K, mutta on tavallista löytää se Celsius- tai Celsius -asteilla.

On tärkeää huomata, että tämä kerroin ei ole nesteominaisuus, koska se riippuu erilaisista muuttujista, kuten pinnan geometria, nesteen nopeus ja muut ominaisuudet.

Yhdistämällä kaikki yllä matemaattisesti Newtonin jäähdytyslaki hankkii tämän lomakkeen:

dq/dt = ha Δt

Newtonin jäähdytyslain soveltaminen

Henkilö seisoo huoneen keskellä 20 ° C, jonka läpi pieni tuuli puhaltaa. Mikä on lämmönopeus, jonka henkilö välittää ympäristöön konvektiolla? Oletetaan, että paljastettu pinta -ala on 1.6 m² ja ihon pintalämpötila on 29 ºC.

Tosiasia: Lämmönsiirtokerroin konvektiolla tässä tapauksessa on 6 W/M². ºC

Ratkaisu

Henkilö voi siirtää lämpöä sitä ympäröivään ilmaan, koska se on liikkeessä puhaltaessasi tuulta. DQ/DT -siirtonopeuden löytämiseksi Newton -yhtälön arvot jäähdytykseen yksinkertaisesti korvataan:

Se voi palvella sinua: skalaarinen suuruus: mistä se koostuu, ominaisuudet ja esimerkit

DQ/DT = 6 W/M². ºC x 1.6 m² X (29 ºC - 20 ° C) = 86.4 W.

Konvektioesimerkit

Kuumenna kädet tulessa

On yleistä lämmittää kädet lähestymällä tulta tai kuumaa leivänpaahdin, koska lämmönlähdettä ympäröivä ilma lämmitetään vuorostaan ​​ja laajenee, nousee, koska se on vähemmän tiheä. Kiertämisen aikana tämä kuuma ilma kääri ja lämmittää kädet.

Kuva 3. Yksi tapa lämmittää kätesi on konvektiovirran läpi, jonka tulipalo on peräisin ilmasta

Ilmavirta rannikolla

Rannikolla meri on kylmempi kuin maa, joten maan päällä oleva ilma lämmitetään ja nousee, kun taas kylmimmät saapuu ja tämä on asetettu tämän toisen jättämiseen, kun nousee, kun se nousee.

Tätä kutsutaan konvektiosolu Ja se on syy siihen, miksi hän tuntuu viileämmältä katsellessaan merta ja tuuli puhaltaa hänen kasvonsa vasten kuumana päivänä. Yöllä se tapahtuu päinvastoin, tuore tuuli tulee maasta.

Vesisykli

Luonnollinen konvektio tapahtuu valtameren rannikon ilmassa käyttämällä hydrologista sykliä, jossa vettä lämmitetään ja haihdutetaan aurinkosäteilyn ansiosta. Näin muodostuneet vesihöyry nousee, jäähtyy ja tiivistyvät pilviä muodostaen, joiden massot kasvavat ja nousevat konvektiolla.

Lisäämällä vesipisaroiden kokoa tulee aika, jolloin vesi saostuu sateiden muodossa, kiinteä tai neste, lämpötilasta riippuen.

Keitä vettä astiassa

Kun vesi asetetaan teekannuihin tai kattilaan, pohjaa lähinnä olevat kerrokset lämmitetään ensin, koska sarven liekki tai lämpö on lähempänä. Sitten vesi laajenee ja sen tiheys vähenee, joten nousee ja kylmempi vesi vie sen asukkaan pohjaan.

Voi palvella sinua: Mekaaninen energia: kaavat, konsepti, tyypit, esimerkit, harjoitukset Kuva 4. Konvektioveden lämmitys. Lähde: Wikimedia Commons. Käyttäjä: Oni Lukos/CC BY-SA (http: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0/).

Tällä tavalla kaikki kerrokset kiertävät nopeasti ja kaikki vesimassa lämmitetään. Tämä on hyvä esimerkki seurannasta.

Tuulentuotanto

Ilmamassojen konvektio yhdessä maapallon kiertoliikkeen kanssa tuottaa tuulia, koska kylmä ilma liikkuu ja kiertää kuuman ilman alapuolella, luomalla erilaisia ​​virtauksia, joita kutsutaan konvektiovirtojen virroiksi.

Valtamerivirrat

Vesi käyttäytyy samanlaisena kuin ilmakehän ilma. Lämpimät vedet ovat melkein aina lähellä pintaa, kun taas kylmimmät vedet ovat syvempiä.

Dinamo -vaikutus

Se esiintyy planeetan sisätilojen sulalla ytimessä, missä se yhdistetään maan kiertoliikkeeseen, tuottaen sähkövirrat, jotka aiheuttavat maan magneettikentän.

Energiansiirto tähtien sisällä

Tähdet, kuten aurinko, ovat valtavia kaasupalloja. Konvektio on siellä tehokas energian kuljetusmekanismi, koska kaasumaisilla molekyyleillä on tarpeeksi vapautta liikkua tähtien sisällä.

Konvektiohakemus

ilmastointilaitteet

Ilmastointi sijoitetaan huoneiden kattoa lähellä, niin että jäähdytetty ilma, joka on tiheämpi, laskeutuu ja jäähtyä lähemmäksi maata nopeasti.

Lämmönvaihtimet

Se on laite, joka mahdollistaa lämmön siirron nesteestä toiseen ja on ilmastointilaitteiden käytön periaate ja esimerkiksi auton moottorin jäähdytysmekanismit, esimerkiksi auton jäähdytysmekanismit.

Rakenteilla olevat lämpöeristimet

Ne valmistetaan yhdistämällä eristysmateriaalin levyt ja lisäämällä ilmakuplia sisälle.

jäähdytystornit

Kutsutaan myös jäähdytystorneiksi, ne hylkäävät ydinkeskuksen, öljynjalostamojen ja muiden monimuotoisten teollisuuslaitosten tuottaman lämpöä sen sijaan.

Viitteet

1. Giambattista, a. 2010. Fysiikka. Toinen. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, E. Ajo, konvektio ja säteily. Toipunut: Eltamiz.com.
3. Natahenoo. Lämmönsovellus. Toipunut: cinehenao.WordPress.com.
4. Serway, R. Fysiikka tieteen ja tekniikan fysiikka. Osa 1. Seitsemäs. Ed. Cengage -oppiminen.
5. Wikipedia. Konvektio. Haettu: vuonna.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Lämpökonvektio. Toipunut: Cold.Wikipedia.org.