domácí bezpečnost

Konveční jevy a příklady konvekce

Anonim

Pokud přiložíte ruku k elektrickému světlu nebo položíte dlaň na horkou kamnu, můžete cítit pohyb proudění teplého vzduchu. Stejný efekt lze pozorovat, když se list papíru umístěný nad otevřeným plamenem osciluje. Oba účinky jsou způsobeny konvekcí.

Jak to vypadá?

V srdci fenoménu konvekce je expanze chladnější látky v kontaktu s horkými hmotami. Za takových okolností ztratí vyhřívaná látka svou hustotu a stane se lehčí ve srovnání s okolním chladným prostorem. Nejpřesněji tato charakteristika jevu odpovídá pohybu tepelných toků při ohřátí vody.

Pohyb molekul v opačných směrech pod vlivem vytápění je přesně to, na čem je založen konvekce. Radiační a tepelná vodivost jsou podobné procesy, ale především se týkají přenosu tepelné energie v pevných látkách.

Zřetelné příklady konvekce jsou pohyb teplého vzduchu ve středu místnosti s topnými zařízeními, když se vytápěné proudy pohybují ke stropu a studený vzduch sestupuje na samotný povrch podlahy. Proto je při topení v horní části místnosti vzduch ve srovnání se spodkem místnosti výrazně teplejší.

Archimedův zákon a tepelná expanze fyzických těles

Abychom pochopili, co tvoří přirozenou konvekci, postačí, aby se tento proces zabýval příkladem působení zákona Archimedesova zákona a fenoménu expanze těl pod vlivem tepelného záření. Takže podle zákona zvyšování teploty nutně vede ke zvýšení objemu kapaliny. Tekutina ohřátá zespodu v nádržích stoupá vyšší a vlhkost vyšší hustoty se pohybuje níže. V případě vytápění zhora zůstanou na místě stále více a méně husté kapaliny, v takovém případě se fenomén nedojde.

Vznik konceptu

Poprvé v roce 1834 navrhl anglický vědec William Prut termín "konvekce". Používala se k popisu pohybu tepelných hmot v zahřátých, pohybujících se tekutinách.

První teoretické studie fenoménu konvekce začaly teprve v roce 1916. Během pokusů bylo zjištěno, že přechod od difúze ke konvekci ve vyhřátých kapalinách zespoda nastane, když se dosáhne určitých kritických teplotních hodnot. Později získala tato hodnota definici "Roelova čísla". To bylo pojmenováno podle výzkumníka, který to studoval. Výsledky experimentů umožnily vysvětlení pohybu toků tepla pod vlivem archimedských sil.

Druhy konvekce

Existuje několik typů jevů, které jsme popsali - přirozenou a nucenou konvekcí. Příklad pohybu proudů horkého a studeného vzduchu ve středu místnosti nejlépe charakterizuje proces přirozené konvekce. Pokud jde o nucené, je možné je pozorovat za míchání kapaliny lžící, čerpadlem nebo míchadlem.

Konvekce není možná, pokud jsou tělesa ohřívány. To vše kvůli dostatečně silné vzájemné přitažlivosti při oscilaci jejich pevných částic. V důsledku ohřevu tělesa pevné konstrukce nedochází ke konvekci a záření. Tepelná vodivost nahrazuje tyto jevy v takových tělech a přispívá k přenosu tepelné energie.

Odděleným druhem je tzv. Kapilární konvekce. Proces nastává, když teplota klesá během pohybu tekutiny potrubím. V přírodních podmínkách je hodnota takové konvekce spolu s přirozenou a nucenou hodnotou nesmírně významná. Nicméně v kosmické technologii se kapilární konvekce, záření a tepelná vodivost materiálů stávají velmi významnými faktory. Dokonce i nejslabší konvektivní pohyby v podmínkách nulové gravitace činí obtížné splnit určité technické úkoly.

Konvekce v krustových vrstvách

Procesy konvekce jsou neoddělitelně spojeny s přirozenou tvorbou plynných látek v zemské kůře. Zvažte globu jako kouli sestávající z několika soustředných vrstev. Ve středu je masivní horké jádro, což je kapalina s vysokou hustotou obsahující železo, nikl a další kovy.

Okolní vrstvy pro jádro Země jsou litosféra a polotekutý plášť. Horní vrstva zeměkoule představuje samotnou zemskou kůru. Litosféra je tvořena jednotlivými deskami, které jsou ve volném pohybu, pohybující se po povrchu pláště tekutiny. V průběhu nerovnoměrného ohřevu různých částí pláště a hornin, které se liší různým složením a hustotou, dochází k vytváření konvektivních toků. To je pod vlivem takových toků, že dochází k přirozenému přeměně oceánu a pohybu ložiskových kontinentů.

Rozdíly mezi konvekcí a tepelnou vodivostí

Pod tepelnou vodivostí je třeba chápat schopnost fyzických těles přenášet teplo přes pohyb atomových a molekulárních sloučenin. Kovy působí jako vynikající vodiče tepla, protože jejich molekuly jsou v kontinuálním kontaktu s každým jiným. Naproti tomu plynné a těkavé látky působí jako špatné vodiče tepla.

Jak je konvekce? Fyzika procesu je založena na přenosu tepla v důsledku volného pohybu hmoty molekul látek. Na druhé straně tepelná vodivost spočívá pouze v přenosu energie mezi částice fyzického těla, které tvoří. Nicméně on i druhý proces je nemožný bez přítomnosti částic látky.

Příklady jevů

Nejjednodušší a nejjednodušší příklad konvekce může sloužit jako proces běžné ledničky. Cirkulace chladeného freonového plynu potrubím chladicí komory vede k poklesu teploty horních vrstev vzduchu. Proto jsou nahrazeny teplejšími proudy, chladné sestupují, ochlazují a tím i výrobky.

Gril umístěný na zadním panelu chladničky hraje roli prvek, který přispívá k odstranění horkého vzduchu vytvořeného v kompresoru jednotky během komprese plynu. Mřížové chlazení je také založeno na konvekčních mechanismech. Z tohoto důvodu se nedoporučuje zaplnění prostoru za chladničkou. Pouze v tomto případě může dojít k bezchybnému chlazení.

Další příklady konvekce lze pozorovat pozorováním takového přírodního jevu, jako je pohyb větru. Vyhřívaná na suchých kontinentech a ochlazená v terénu s přísnějšími podmínkami, proudění vzduchu se začnou vzájemně přemisťovat, což vede k jejich pohybu, stejně jako k pohybu vlhkosti a energie.

Na konvekci se svázala možnost stoupání ptáků a kluzáků. Méně husté a teplejší masy vzduchu s nerovnoměrným zahřátím na povrchu Země vedou ke vzniku vzestupných proudů, které přispívají k procesu stoupání. K překonání maximálních vzdáleností bez výdajů úsilí a energie potřebují ptáci schopnost najít takové toky.

Dobrými příklady konvekce jsou tvorba kouře v komínech a sopečných krátery. Pohyb kouře vzhůru je založen na jeho vyšší teplotě a nižší hustotě než na životní prostředí. Po ochlazení se kouř postupně usazuje ve spodní atmosféře. Z tohoto důvodu jsou průmyslové trubky, kterými jsou škodlivé látky vypouštěny do atmosféry, vyrobeny co nejvyšší.

Nejběžnější příklady konvekce v přírodě a technologii

Mezi nejjednodušší, srozumitelné příklady, které lze pozorovat v přírodě, životě a technologii, je třeba zdůraznit:

  • pohyb proudění vzduchu během provozu domácích topných baterií;
  • tvorba a pohyb oblačnosti;
  • proces pohybu větru, monzunů a větru;
  • posunutí tektonických desek;
  • procesy, které vedou k volné tvorbě plynu.

Vaření

Stále více se fenomén konvekce realizuje v moderních domácích spotřebičích, zejména v pecích. Plynová trouba s konvekcí umožňuje vařit různé pokrmy současně na samostatných úrovních při různých teplotách. To zcela eliminuje smíchání chutí a vůní.

Ohřev vzduchu v tradiční troubě je založen na práci jednoho hořáku, což vede k nerovnoměrnému rozložení tepla. Díky cílenému pohybu horkého vzduchu pomocí specializovaného ventilátoru jsou nádobí v konvekční troubě šťavnatější a lépe pečené. Taková zařízení se zahřívají rychleji, což zkracuje čas potřebný k vaření.

Samozřejmě, pro domácnosti, kteří vaří v troubě jen několikrát ročně, nemůže být domácí spotřebič s funkcí konvekce nazýván základními spotřebiči. Nicméně pro ty, kteří nemohou žít bez kulinářských experimentů, bude takové zařízení v kuchyni prostě nepostradatelné.

Doufáme, že předložený materiál byl pro vás užitečný. Všechno nejlepší!