Konvekcijas strāvas un kā tās darbojas

Konvekcijas strāvas ir plūstošs šķidrums, kas pārvietojas, jo materiālā ir temperatūras vai blīvuma atšķirības.

Tā kā cietās daļiņas ir fiksētas vietā, konvekcijas strāvas ir redzamas tikai gāzēs un šķidrumos. Temperatūras atšķirība noved pie enerģijas pārnešanas no augstākas enerģijas zonas uz zemākas enerģijas zonu.

Konvekcija ir a siltuma pārnešana process. Kad rodas strāvas, matērija tiek pārvietota no vienas vietas uz otru. Tātad tas ir arī masveida nodošanas process.

Tiek saukta konvekcija, kas notiek dabiski dabiskā konvekcija vai brīva konvekcija. Ja šķidrums tiek cirkulēts, izmantojot ventilatoru vai sūkni, to sauc piespiedu konvekcija. Šūnu, ko veido konvekcijas straumes, sauc par a konvekcijas šūna vai Bénarda šūna.

Temperatūras atšķirība izraisa daļiņu pārvietošanos, radot strāvu. Gāzēs un plazmā temperatūras starpība rada arī lielāka un zemāka blīvuma reģionus, kur atomi un molekulas pārvietojas, lai aizpildītu zema spiediena zonas.

Īsāk sakot, karstā šķidruma daudzums paaugstinās, kamēr aukstais šķidrums nogrimst. Ja nav enerģijas avota (piemēram, saules gaismas, karstuma), konvekcijas strāvas turpinās tikai līdz tiek sasniegta vienmērīga temperatūra.

Lai klasificētu un saprastu konvekciju, zinātnieki analizē spēkus, kas iedarbojas uz šķidrumu. Šajos spēkos var ietilpt:

• Smagums
• Virsmas spraigums
• Koncentrācijas atšķirības
• Elektromagnētiskie lauki
• Vibrācijas
• Obligāciju veidošanās starp molekulām

Konvekcijas strāvas var modelēt un aprakstīt, izmantojot konvekcijas-difūzija vienādojumi, kas ir skalārā transporta vienādojumi.

• Jūs varat novērot konvekcijas straumes ūdenī vārot katlā. Vienkārši pievienojiet dažus zirņus vai papīra gabalus, lai izsekotu pašreizējo plūsmu. Siltuma avots katla apakšā silda ūdeni, piešķirot tam vairāk enerģijas un liekot molekulām kustēties ātrāk. Temperatūras izmaiņas ietekmē arī ūdens blīvumu. Ūdenim paaugstinoties pret virsmu, kādam no tā ir pietiekami daudz enerģijas, lai izplūstu kā tvaiks. Iztvaikošana pietiekami atdzesē virsmu, lai dažas molekulas atkal nogrimtu trauka apakšas virzienā.
• Vienkāršs konvekcijas straumju piemērs ir silts gaiss, kas paceļas pret mājas griestiem vai bēniņiem. Siltais gaiss ir mazāk blīvs nekā vēss gaiss, tāpēc tas paceļas.
• Vējš ir konvekcijas strāvas piemērs. Saules gaisma vai atstarota gaisma izstaro siltumu, izveidojot temperatūras starpību, kuras dēļ gaiss pārvietojas. Ēnainās vai mitrās vietas ir vēsākas vai arī tās spēj absorbēt siltumu, piešķirot efektu. Konvekcijas straumes ir daļa no tā, kas virza Zemes atmosfēras globālo cirkulāciju.
• Sadegšana ģenerē konvekcijas strāvas. Izņēmums ir tas, ka degšanai nulles gravitācijas vidē trūkst peldspējas, tāpēc karstas gāzes dabiski nepaaugstinās, ļaujot liesmai barot svaigu skābekli. Minimālā konvekcija nulles gramos liek daudzām liesmām sevi noslāpēt savos sadegšanas produktos.
• Atmosfēras un okeāna cirkulācija ir attiecīgi liela gaisa un ūdens (hidrosfēras) kustība. Abi procesi darbojas kopā. Konvekcijas straumes gaisā un jūrā noved pie laikapstākļi.
• Zemes mantijā esošā Magma pārvietojas konvekcijas straumēs. Karstā serde karsē materiālu virs tā, liekot tam pacelties garozas virzienā, kur tas atdziest. Karstums nāk no intensīva spiediena uz iežu, apvienojumā ar enerģiju, kas izdalīta no dabiskā radioaktīvā sabrukšana elementu. Magma nevar turpināt celties, tāpēc tā pārvietojas horizontāli un nogrimst atpakaļ uz leju.
• Skursteņa efekts vai skursteņa efekts apraksta konvekcijas straumes, kas pārvietojas ar gāzēm caur skursteņiem vai dūmvadiem. Gaisa peldspēja ēkā un ārpus tās vienmēr ir atšķirīga temperatūras un mitruma atšķirību dēļ. Palielinot ēkas vai kaudze augstumu, efekts tiek palielināts. Šis ir princips, uz kura balstās dzesēšanas torņi.
• Konvekcijas straumes ir redzamas saulē. Saules fotosfērā redzamās granulas ir konvekcijas šūnu virsotnes. Saules un citu zvaigžņu gadījumā šķidrums ir plazma, nevis šķidrums vai gāze.