Konvektiolämmönsiirto (esimerkeillä)

Se Lämmönsiirto konvektiolla Se tapahtuu nesteen liikkumisen kautta, joka voi olla kaasua tai nestettä. Kun tiheys laskee lämpötilan noustessa, kuumin nesteen massat nousevat, kun taas kylmimmät osat laskeutuvat. Tällä tavoin on nesteen massan liike, jonka läpi lämpö kuljetetaan paikasta toiseen.

Tämä on ominaisuus, joka erottaa ajamisen ja säteilyn konvektion, koska konvektiossa on aina nettomassan siirtymä. Toisaalta säteily ei tarvitse materiaalista väliainetta leviämiseen ja ajonsiirron suhteen se johtuu peräkkäisistä törmäyksistä atomien ja molekyylien välillä ilman aineen nettoliikettä.

Ilmakehän ja valtamerten tasolla on kuitenkin helppo siirtyä suurten ilman ja vesimassojen tapahtumiseen. Siksi konvektio on näiden väliaineiden energiansiirtomekanismi, ja se määrittelee suurelta osin maan ilmaston.

Kotikeittiössä näet tiiviisti lämmönsiirtomekanismit. Laita vettä vain lämmitykseen kattilaan. Nesteen osa, joka on lähinnä Hornillan liekkiä, lämmitetään, sen tiheys vähenee ja nousee. Sen paikka on kylmempi vesi, joka laskeutuu pohjaan potissa.

[TOC]

Konvektiotyypit

Kun nesteosa lämmitetään, sen molekyylit liikkuvat nopeammin ja poistuvat toisistaan. Tästä syystä korkeammassa lämpötilassa oleva neste muuttuu vähemmän tiheäksi ja pystyy nousemaan vaahdotuksella, kantaen lämpöä sen mukana.

Sitten kylmempi nesteen massa käyttää näitä nousevia molekyylejä jättämän paikan ja tämä jatkuva vaihto tuottaa puhelut konvektiovirrat.

Tämä voidaan saavuttaa kahdella tavalla: luonnollisella (vapaa) konvektiolla tai pakotetulla konvektiolla. Samoin molemmat konvektiomuodot ovat läsnä keskuslämmitysjärjestelmissä tai aurinkoenergialaitoksissa.

Voi palvella sinua: Biofysiikka: historia, mitkä tutkimukset, sovellukset, käsitteet, menetelmät

Seuraavaksi jokainen koostuu:

Luonnollinen ja pakotettu konvektio

Tässä mekanismissa lämpö virtaa vain sen vuoksi, että kyseessä olevan nesteen lämpötilaero. Ilman painovoimaa ei ole luonnollista konvektiota.

Laboratoriossa on yksinkertainen kokeilu, joka mahdollistaa näiden luonnollisten konvektiovirtojen visualisoinnin, kun ne muodostetaan veteen.

Taitettu lasiputki vaaditaan neliömäisesti tai suorakaiteen muotoisessa muodossa ja väriaineessa, joka tekee nousevista virroista näkyvissä. Tämä on yleensä kaliumpermanganaatti, joka värjää violetti vettä tai jonkinlaisen musteen tippoja.

Nyt yksi putken alemmista kulmista ja vain liekissä olevan vedenosan tiheys vähenee ja nousee, ja se korvataan kylmässä vesiosalla vettä.

Yksinkertainen kokeilu havainnollistaa, kuinka konvektiovirrat muodostetaan veteen. Lähde: f. Zapata.

Tämä jatkuva vaihtoprosessi kylmän ja kuuman veden välillä tuottaa konvektiovirran, joka on vastoin kellon, joka havaitaan violettivärit, kuten ylemmässä kuvassa esitetään.

Kiertävä neste voidaan myös pakottaa lämmön siirtämiseen sen sijaan, että konvektiovirtojen antaminen on luonnollisesti tapahtunut tiheyseron vuoksi.

Kun konvektio tapahtuu ulkoisten välineiden ansiosta, jotka ajavat nestettä, kuten tuuletin tai pumppu, se pakotetaan konvektioon. Neste voidaan pakottaa virtaamaan putken läpi, kuten talojen keskuslämmitysjärjestelmissä, auton jäähdyttimessä tai avoimemmassa tilassa, ASPAS -tuulettimen ansiosta.

Voi palvella sinua: Lenz Law: Formula, yhtälöt, sovellukset, esimerkit

Konvektiolämmönsiirtoesimerkit

Keskuslämmitysjärjestelmät

Talon keskuslämmitysjärjestelmä käyttää lämmönsiirtoa konvektiolla vedessä.

Tätä varten sinun on kiertävä kuumaa vettä lattian alla olevien putkien läpi, keskuskattilasta. Tällä tavoin vesi siirtää lämmön jäähdyttimiin tai lämmitykseen ja näistä lämpö kulkee huoneisiin, kun taas kylmä vesi palaa jälleen lämmityskattilaan syklin toistamiseksi.

Kuten voidaan nähdä, sekä luonnollista että pakotettua konvektiota on läsnä keskuslämmitysmekanismissa.

Säteilijät, uunit ja savupiiput

Lämpölähteet, kuten jäähdyttimet.

Keitä: Keitä ja paista

Kun tämän potin sisältämä vesi lämmitetään, lämmönsiirto konvektion avulla hallitseva

Joka kerta kun ruoka keitetään vedessä tai upotettuna paistinöljyyn, ne keitetään konvektiolla siirretyllä lämmöllä.

Pastörointissa maito ja muut nestemäiset ruuat kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin tietyn ajanjakson ajan, käytetyn pastörointivariantin mukaan. Tämä tehdään bakteerien poistamiseksi ja tuotteiden kestävyyden lisäämiseksi.

Konvektio on näissä tapauksissa tärkein lämmönsiirtomekanismi, vaikka muita mekanismeja, kuten ajamista, ei suljeta pois.

Tuulet

Ilmakehän konvektiovirrat aiheuttavat tuulet. Nämä virrat muodostuvat monien tekijöiden vuoksi, mukaan lukien se, että maan pinta lämmitetään epätasa -arvoisesti.

Esimerkiksi päivän aikana ranta lämmittää enemmän kuin merivettä, joten vaahdotus tekee ilmasta rannan päällä ja kylmimmän ilmaa, saapuvan merestä, vie sen paikkansa.

Se voi palvella sinua: Big Bang -teoria: Ominaisuudet, vaiheet, todisteet, ongelmat

Mutta yöllä prosessi tapahtuu päinvastaisesti, koska ranta menettää lämpöä nopeammin kuin lämpimämpi vesi ja ilma menee merelle. Siksi yökerhossa rannalla, savu liikkuu kohti merta, kun taas tulipalo tehdään päivän aikana, savu liikkuu kohti maata kohti.

Maan magneettikenttä

Maa koostuu kerroksista, ja ytimessä on ulkokerros korkeassa lämpötilassa, jota ei jähmettyneitä. Planeetan liike luo konvektiovirrat tähän nesteeseen, jonka uskotaan olevan vastuussa maan magneettikentästä.

Magneettikentät johtuvat liikkuvien sähkökuormien läsnäolosta. Ulkoisessa ytimessä olevat ionit ja varautuneet hiukkaset kykenevät tuottamaan tämän kentän, koska planeettaliikkeet tekevät tällaisista hiukkasista samanlaisia ​​käyttäytymistä kuin virran pienet käännökset (suljetut piirit).

Tutkijat ovat löytäneet korrelaation magneettikentän voimakkuuden ja planeetan pyörimisnopeuden välillä. Uskotaan, että Venuksen heikko magneettikenttä johtuu siitä, että sen pyörimisnopeus on pienempi kuin Jupiter, jonka magneettikenttä on paljon voimakkaampi.

Viitteet

1. Giambattista, a. 2010. Fysiikka. Toinen. Ed. McGraw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Fysiikka: sovellusten periaatteet. Kuudes. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Käsitteellinen fysiikka. Viides. Ed. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Yliopiston fysiikka, jolla on moderni fysiikka. 14. päivä. Ed. Osa 1. Pearson.
5. Serway, R., Jewett, J. 2008. Fysiikka tieteen ja tekniikan fysiikka. Osa 1. Seitsemäs. Ed. Cengage -oppiminen.
6. Tippens, P. 2011. Fysiikka: Käsitteet ja sovellukset. 7. painos. McGraw Hill.