Konvekcija

Slika 1. Bivanje hladi vrata, saj se vroč zrak (rdeča puščica) in manj gosta vzpenja in pobegne iz njega. Vir: Wikimedia Commons. Genieclimatique/cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0

Kaj je konvekcija?

The konvekcija Je eden od treh mehanizmov, pri katerih se toplota prenaša iz vročega območja v hladnejše. Poteka zaradi gibanja mase tekočine, ki je lahko tekočina ali plin. Vsekakor je vedno potreben materialni medij, tako da je ta mehanizem dati.

Hitreje je gibanje zadevne tekočine, hitrejši prenos toplotne energije bo med območji različne temperature. To se nenehno pojavlja z atmosferskimi zračnimi masami: flotabilnost je odgovorna za najbolj vroče in manj goste naraščajoče, medtem ko najhladnejši in gost upad.

Primer tega je zaprta soba slike, ki se takoj ohladi spodaj.

Vrste konvekcije

Naravna in prisilna konvekcija

Slika 2. Primeri prisilne konvekcije in naravne konvekcije. Vir: Cengel in. Termodinamika.

Konvekcija je lahko naravna ali prisilna. V prvem primeru se tekočina premika sama, kot pri odpiranju vrat sobe, v drugem pa jo prisili ventilator ali črpalka.

Razširjanje in spremljanje

Obstajata lahko tudi dve različici: difuzija in Podpora. Pri difuziji se molekule tekočine premikajo bolj ali manj naključno in prenos toplote je počasen.

Po drugi strani se v zgornjem zagonu premika velika količina tekočega testa, kar je mogoče doseči s prisiljevanjem konvekcije z ventilatorjem. Toda prednost zgornjega zagona je, da je veliko hitrejši od difuzije.

Vam lahko služi: kotna hitrost: definicija, formula, izračun in vaje

Kako se toplota prenaša s konvekcijo?

Preprost matematični matematični model za konvekcijski prenos toplote je Newtonov hladilni zakon. Razmislite o vroči površini A, obdani s hladnejšim zrakom, tako da je temperaturna razlika majhna.

Recimo, da se toplota prenaša in t hkrati. Hitrost, s katero se prenaša toplota, je dq/dt ali izhaja iz funkcije q (t) glede na čas.

Ker je toplota toplotna energija, so njene enote v mednarodnem sistemu Joules (J), zato je stopnja prenosa v Joulesu/Second, ki so WATTS ali WATTS (W).

Ta hitrost je neposredno sorazmerna s temperaturno razliko med vročim in medijem, označena kot ΔT in tudi na površino Do predmeta:

ΔT = temperatura površine predmeta - temperatura stran od predmeta

Konstanta sorazmernosti se imenuje h, To je konvekcijski koeficient prenosa toplote in je določeno eksperimentalno. Njegove enote v mednarodnem sistemu (SI) so w/m². K, vendar je običajno, da ga najdemo v smislu Celzija ali Celzija.

Pomembno je opozoriti, da ta koeficient ni lastnost tekočine, saj je odvisen od različnih spremenljivk, kot so površinska geometrija, hitrost tekočine in druge lastnosti.

Matematično Newtonov hladilni zakon združuje vse zgoraj navedeno:

dq/dt = ha Δt

Uporaba Newtonovega hladilnega zakona

Oseba stoji na sredini sobe 20 ° C, skozi katero piha rahel vetrič. Kakšna je toplotna hitrost, ki jo oseba s konvekcijo prenaša v okolje? Predpostavimo, da je izpostavljena površina 1.6 m² in površinska temperatura kože je 29 ° C.

Dejstvo: Koeficient prenosa toplote s konvekcijo v tem primeru je 6 w/m². ºC

Rešitev

Oseba lahko prenaša toploto v zrak, ki ga obdaja, saj je v gibanju, ko piha. Če želite najti hitrost prenosa DQ/DT, se vrednosti v Newtonovi enačbi za hlajenje preprosto zamenjajo:

Lahko vam služi: skalarna magnituda: iz česa je sestavljena, značilnosti in primeri

dq/dt = 6 w/m². ºC x 1.6 m² X (29 ° C - 20 ° C) = 86.4 w.

Primeri konvekcije

Roke segrejte v ognju

Običajno je, da se ogrevate z roke, tako da se približate ognju ali vročemu toasterju, saj se zrak, ki obdaja vir toplote. Medtem ko kroži, ta vroč zrak zavije in ogreva roke.

Slika 3. Eden od načinov za ogrevanje rok je skozi konvekcijski tok, ki izvira iz zraka z ognjem

Pretok zraka na obali

Na obali je morje hladneje od Zemlje, zato se zrak na zemlji segreje in dvigne, medtem ko najhladnejši prispe in je ustanovljen v prostoru, ki ga je zapustil ta drug, ko se vzponi.

To se imenuje konvekcijska celica In to je razlog, da se počuti hladnejše, ko pogleda morje in vetrič v vročem dnevu piha na njegov obraz. Ponoči se pojavi nasprotno, svež vetrič prihaja iz zemlje.

Vodni cikel

Naravna konvekcija se pojavlja v zraku oceanske obale z uporabo hidrološkega cikla, v katerem se voda segreva in izhlapi zaradi sončnega sevanja. Tako oblikovana vodna para se vzpenja, ohladi in kondenzira, ki tvorijo oblake, katerih mase se povečujejo in vzpenjajo s konvekcijo.

S povečanjem velikosti kapljic vode pride čas, ko se voda obori v obliki dežja, trdne ali tekočine, odvisno od temperature.

Zavremo vodo v posodi

Ko je voda nameščena v čajnik ali ponev, se plasti, ki so najbližje dnu, najprej segrejejo, saj je plamen ali toplota roga bližje. Nato se voda razširi in njegova gostota se zmanjša, zato se vzpenja in hladnejša voda se na dnu posoda zavzame.

Vam lahko služi: mehanska energija: formule, koncept, vrste, primeri, vaje Slika 4. Konvekcijsko ogrevanje vode. Vir: Wikimedia Commons. Uporabnik: Oni lukos/cc by-sa (http: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/).

Na ta način hitro krožijo vse plasti in vsa masa vode segreva. To je dober primer spremljanja.

Generacija vetra

Konvekcija v zračnih masah skupaj z zemeljskim vrtenjem gibanja proizvaja vetrove, saj se hladen zrak premika in kroži pod vročim zrakom, kar ustvarja različne tokove, imenovane tokovi konvekcijskih tokov.

Oceanski tokovi

Voda se obnaša podobno kot to, kako zrak to počne v atmosferi. Toplejše vode so skoraj vedno blizu površine, najhladnejše vode pa globlje.

Dinamo učinek

Pojavi se v staljenem jedru notranjosti planeta, kjer je kombinirano z zemeljskim rotacijskim gibanjem, ki ustvarja električne tokove, ki povzročajo zemeljsko magnetno polje.

Prenos energije znotraj zvezd

Zvezde, kot je sonce, so ogromne plinske sfere. Konvekcija je učinkovit mehanizem za prevoz energije, saj imajo plinaste molekule dovolj svobode, da se premikajo med območji znotraj zvezd.

Prijave za konvekcijo

klimatske naprave

Klimatska naprava je nameščena blizu strehe prostorov, tako da se ohlajen zrak, ki je gostejši, hitro spusti in se ohladi bližje tlom.

Toplotni izmenjevalniki

To je naprava, ki omogoča prenos toplote iz ene tekočine v drugo in je načelo delovanja klimatskih naprav in mehanizmov za hlajenje motorja, na primer.

Toplotni izolatorji pod konstrukcijami

Izdelani so s kombiniranjem plošč izolacijskega materiala in dodajanjem zračnih mehurčkov v notranjosti.

Hladilni stolpi

Imenovani tudi hladilni stolpi, služijo za zavračanje toplote, ki jo proizvajajo jedrske centrale, rafinerije nafte in drugi raznoliki industrijski objekti, namesto da bi to storili.

Reference

1. Giambattista, a. 2010. Fizika. 2. mesto. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Vožnja, konvekcija in sevanje. Okreval od: Eltamiz.com.
3. Natahenoo. Toplotne aplikacije. Okreval od: Cinehenao.WordPress.com.
4. Serway, r. Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 1. 7. Ed. Cengage učenje.
5. Wikipedija. Konvekcija. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org.
6. Wikipedija. Termična konvekcija. Okrevano od: mraz.Wikipedija.org.