Konvekcijos reiškinys ir konvekcijos pavyzdžiai
Jei priartinsite ranką prie pridėtos lemputėsarba palmę ant karštos plokštės, galite pajusti šiltų oro srautų judėjimą. Toks pat poveikis gali būti pastebimas, kai popieriaus lapelis yra ant atviros liepsnos. Abu poveikiai paaiškinami konvekcija.
Kas tai yra
Konvekcinis reiškinys yra pagrįstas plėtrašalta medžiaga, kai liečiasi su karštomis masėmis. Tokiomis aplinkybėmis šildoma medžiaga praranda tankį ir tampa lengvesnė, palyginti su šalia esančia šalta erdve. Kuo tiksliau, ši reiškinio savybė atitinka šilumos srautų judėjimą, kai vanduo yra šildomas.
Molekulių judėjimas priešingas kryptisšildymo įtaka - būtent tai yra konvekcija. Spinduliavimas, šilumos laidumas yra panašūs procesai, tačiau jie visų pirma susiję su šiluminės energijos perkėlimu kietosiose medžiagose.
Ryškūs konvekcijos pavyzdžiai - šiltasoras kambario viduryje su radiatoriais, kai kaitinami srautai pereina prie lubų, o šaltas oras nusileidžia iki pat grindų paviršiaus. Štai kodėl, kai šildymas įjungiamas kambario viršuje, oras pastebimai šiltesnis nei apatinė kambario dalis.
Archimedo įstatymas ir fizinių kūnų šiluminis išplėtimas
Suprasti, kas yra natūraluskonvekciją pakanka apsvarstyti procesą Archimedo įstatymo veiksmų pavyzdžiu ir kūnų išsiplėtimo reiškiniu šiluminės spinduliuotės sąlygomis. Taigi, pagal įstatymą, temperatūros padidėjimas neišvengiamai lemia skysčio kiekio padidėjimą. Skystis, šildomas žemiau cisternose, pakyla aukščiau, o didesnio tankio drėgmė, atitinkamai, juda žemiau. Šildymo atveju iš viršaus daugiau ir mažiau tankių skysčių lieka jų vietose, tokiu atveju nėra reiškinio.
Koncepcijos atsiradimas
Sąvoka "konvekcija" pirmą kartą buvo pasiūlyta anglų mokslininko Willio Pruto 1834 m. Jis buvo naudojamas apibūdinti šilumos masių poslinkį šildomuose, judančiuose skysčiuose.
Pirmieji teoriniai šio reiškinio tyrimaikonvekcija prasidėjo tik 1916 metais. Eksperimentų metu buvo nustatyta, kad pereinant nuo difuzijos į konvekciją skysčiuose, kurie šildomi iš žemiau, atsiranda, kai pasiekiamos tam tikros kritinės temperatūros vertės. Vėliau ši vertė buvo apibrėžta kaip "Roel number". Tai buvo tokia pavadinta po to, kai jį tyrinėjo tyrėjas. Eksperimentų rezultatai leido paaiškinti šilumos srautų judėjimą, veikiant Archimedo jėgas.
Konvekcijos tipai
Konvoliucija neįmanoma, kai kietos medžiagos kaitinamos. Viskas kaltės dėl stipraus abipusio patrauklumo su kietųjų dalelių vibracija. Dėl kietos struktūros kūnų kaitinimo, nėra konvekcijos ir spinduliavimo. Šilumos laidumas pakeičia tuos reiškinius tokiuose kūnuose ir skatina šilumos energijos perdavimą.
Atskiras vaizdas yra vadinamasiskapiliarinė konvekcija. Per tekėjimą per skyles per vamzdžius vyksta procesas su temperatūros kritimu. Gamtinėmis sąlygomis tokios konvekcijos, kartu su gamtos ir priverstiniu, svarba yra nereikšminga. Tačiau kosminių technologijų atveju labai svarbūs veiksniai yra kapiliarinė konvekcija, radiacija ir medžiagų šilumos laidumas. Netgi silpniausi konvekciniai judesiai, vykstantys nestabilumo sąlygomis, sukelia sunkumų įgyvendinant tam tikras technines problemas.
Konvekcija žemės plutos sluoksniuose
Konvekcijos procesai yra neatsiejamai susijęnatūralus dulkių medžiagų susidarymas žemės plutos storyje. Apsvarstykite pasaulį kaip sferą, kurią sudaro keli koncentriniai sluoksniai. Centre yra didžiulis karštas šerdis, kuris yra didelio tankio skysčio masė su geležimi, nikeliu ir kitais metalais.
Aplinkiniai žemės sluoksniai yralitosfera ir pusiau skystoji mantija. Viršutinis sluoksnis pasaulyje yra tiesiogiai žemės plutos. Litosfera susideda iš atskirų plokščių, kurios laisvai judamos, judančios skysčio apvalkalo paviršiuje. Nelygios įvairių apvalkalo ir skaldos dalių, kurios skiriasi pagal savo sudėtinę sudėtį ir tankį, nelygios kaitos, susidaro konvekcinės srovės. Tokių srautų įtaka yra natūrali vandenyno dugno ir žemynų judėjimo padėtis.
Konvekcijos skirtumai nuo šilumos laidumo
Reikėtų suprasti šilumos laidumąFizinių kūnų sugebėjimas perkelti šilumą per atominių ir molekulinių junginių judėjimą. Metalai yra puikūs šilumos laidininkai, nes jų molekulės yra neatskiriamai kontaktuojamos viena su kita. Priešingai, dujinės ir lakiosios medžiagos veikia kaip prasta šilumos laidininkai.
Kaip vyksta konvekcija? Proceso fizika grindžiama šilumos perdavimu dėl laisvo medžiagų molekulių masės judėjimo. Savo ruožtu šilumos laidumas susideda tik iš energijos perdavimo tarp fizinio kūno sudedamųjų dalelių. Tačiau abu procesai yra neįmanomi be medžiagų dalelių.
Reiškinio pavyzdžiai
Įsikūręs šaldytuvo galeGrotelės vaidina elementą, kuris padeda šalinti šiltą orą kompresoriuje, susidariusį dujų suspaudimo metu. Aušinimo tinklelis taip pat yra pagrįstas konvekciniais mechanizmais. Būtent dėl šios priežasties nerekomenduojama sutalpinti už šaldytuvo esančios vietos. Galų gale, tik tuo atveju vėsinimas gali vykti be sunkumų.
Kiti konvekcijos pavyzdžiai matomi stebintDėl tokio gamtos reiškinio kaip vėjo judėjimas. Šildomas sausas per žemynuose ir atšaldomas virš vietovės, su daugiau sunkių sąlygų, oro srautai pradeda išstumti vienas kitą, kuri veda prie jų judėjimo, ir drėgmės ir energijos judėjimas.
Konvoliucija susiejama su galimybėmis slinkti paukščius irsklandytuvai. Mažiau tankios ir šiltesnės oro masės su nelygiu šildymu Žemės paviršiuje sukelia augančių srautų formavimąsi, kuris prisideda prie sparčiai augančio proceso. Siekiant įveikti didžiausią atstumą be energijos ir energijos sąnaudų, paukščiai turi sugebėti rasti panašius srautus.
Geri konvekcijos pavyzdžiai yra dūmų susidarymasdūmtraukiai ir vulkaniniai krateriai. Dūmų judėjimas priklauso nuo jo aukštesnės temperatūros ir mažesnio tankio, palyginti su aplinka. Aušinant, dūmai palaipsniui nusėda į apatinius atmosferos sluoksnius. Dėl šios priežasties pramoniniai vamzdžiai, per kuriuos kenksmingos medžiagos patenka į atmosferą, yra pagaminti kuo aukščiau.
Dažniausiai pasitaikantys konvekcijos pavyzdžiai gamtoje ir technologijose
Tarp paprastų, suprantamų pavyzdžių, kuriuos galima pastebėti gamtoje, gyvenime ir technologijose, reikia pažymėti:
- oro srovių judėjimas vidaus radiatorių veikimo metu;
- debesų formavimas ir judėjimas;
- vėjo, musono ir vėjo procesas;
- tektoninių žemės plokščių poslinkis;
- procesus, kurie lemia laisvą dujų gamybą.
Virti
Vis daugiau konvekcijos reiškinys įgyjamasšiuolaikiniai buitiniai prietaisai, ypač krosnyse. Konvekcinė dujinė spinte galima vienu metu gaminti skirtingus indus skirtingais lygiais esant skirtingoms temperatūroms. Tuo pačiu metu visiškai neleidžiama maišyti skonių ir kvapų.
Oro šildymas tradicinėje orkaitėjeAtsižvelgiant į vieno degiklio veikimą, dėl kurio nevienodas šilumos pasiskirstymas. Dėl tikslingo karšto oro srautų judėjimo specializuoto ventiliatoriaus pagalba konvekcinės krosnies indai yra sultingesni, geriau skrudinti. Tokie įtaisai greitai pašildomi, todėl galite sutrumpinti maisto gaminimo laiką.
Natūralu, kad namų šeimininkės, kurios ruošiasikrosnelė tik keletą kartų per metus, buitine technika su konvekcijos funkcija negali būti vadinama pirmosios būtinybės technika. Tačiau tiems, kurie negali gyventi be kulinarinių eksperimentų, toks įrenginys virtuvėje tiesiog nepakeičiamas.
Tikimės, kad pateikta medžiaga jums buvo naudinga. Visi geriausi!
