Konvekcijski prenos toplote (s primeri)

The Prenos toplote s konvekcijo Pojavi se skozi gibanje tekočine, ki je lahko plin ali tekočina. Ko se gostota znižuje, ko se temperatura zvišuje, se najbolj vroča tekoča mase dvignejo, medtem ko se najhladnejši deli spuščajo. Na ta način je gibanje tekočine, skozi katero se toplota prevaža iz enega kraja v drugega.

To je značilnost, ki razlikuje konvekcijo vožnje in sevanja, saj v konvekciji vedno obstaja neto množični premik. Po drugi strani pa sevanje ne potrebuje materialnega medija za širjenje in v smislu prenašanja prenašanja, je posledica zaporednih trkov med atomi in molekulami, brez neto gibanja snovi.

Vendar pa je na ravni atmosfere in oceanov enostavno, da se premiki velikih zračnih in vodnih mas zgodijo. Zato je konvekcija v teh medijih prevladujoči mehanizem za prenos energije in je tisti, ki v veliki meri določa podnebje zemlje.

V domači kuhinji lahko natančno vidite mehanizme prenosa toplote. Samo dajte vodo, da se segreje v ponvi. Del tekočine, ki je najbližje plamenu Hornile, se segreje, njegova gostota se zmanjša in dvigne. Njegovo mesto zaseda hladnejša voda, ki se spusti na dno lonca.

[TOC]

Vrste konvekcije

Ko se segreva tekoča porcija, se molekule hitreje premikajo in se oddaljijo. Zaradi tega tekočina pri višji temperaturi postane manj gosta in se lahko s flotacijo povzpne, s seboj pa nosi toploto.

Potem zavzema hladnejšo tekočo maso, ki ga zapustijo te naraščajoče molekule in ta neprekinjena izmenjava ustvarja klice konvekcijski tokovi.

To je mogoče doseči na dva načina: z naravno (brezplačno) konvekcijo ali s prisilno konvekcijo. Prav tako sta obe obliki konvekcije prisotni v sistemih centralnega ogrevanja ali sončnih elektrarnah.

Lahko vam služi: Biofizika: Zgodovina, katere študije, aplikacije, koncepti, metode

Nato je vsaka sestavljena iz:

Naravna in prisilna konvekcija

V tem mehanizmu toplota teče le zaradi dejstva, da je temperaturna razlika v zadevni tekočini. Brez gravitacije ni naravne konvekcije.

V laboratoriju je preprost eksperiment, ki omogoča vizualizacijo teh naravnih konvekcijskih tokov, ko so oblikovani v vodi.

V kvadratni ali pravokotni obliki je potrebna zložena steklena cev in barvilo, zaradi katerega so vidni naraščajoči tokovi vidni. To je ponavadi kalijev permanganat, ki barvi vijolično vodo ali kapljice neke vrste črnila.

Zdaj se eden od spodnjih vogalov cevi in ​​gostote vodnega dela, ki je ravno na plamenu.

Preprost eksperiment za ponazoritev, kako nastanejo konvekcijski tokovi v vodi. Vir: f. Zapata.

Ta neprekinjeni postopek izmenjave med hladno in vročo vodo ustvari konvekcijski tok v nasprotju s uro, ki ga opazimo zahvaljujoč vijoličnemu barvilu, kot je prikazano na zgornji sliki.

Tekočina za kroženje je lahko tudi prisiljena prenašati toploto, namesto da bi pustila konvekcijske tokove naravno zaradi razlike v gostoti.

Ko se konvekcija pojavi zaradi zunanjih sredstev, ki poganjajo tekočino, na primer ventilator ali črpalka, je prisilna konvekcija. Tekočina je lahko prisiljena teči skozi cev, kot v centralnih ogrevalnih sistemih hiš, radiatorju avtomobila ali v bolj odprtem prostoru, zahvaljujoč ventilatorju ASPAS.

Vam lahko služi: Lenz zakon: formula, enačbe, aplikacije, primeri

Primeri prenosa toplote

Centralni ogrevalni sistemi

Centralni ogrevalni sistem v hiši uporablja prenos toplote s konvekcijo v vodi.

Za to morate krožiti vročo vodo skozi cevi pod tla, iz osrednjega kotla. Na ta način se voda prenaša na radiatorje ali ogrevanje, od tega pa toplota prehaja v prostore, medtem ko se hladna voda spet vrne v ogrevalni kotel, da ponovi cikel.

Kot je razvidno, sta v mehanizmu centralnega ogrevanja prisotna tako naravna kot prisilna konvekcija.

Radiatorji, peči in dimnike

Viri toplote, kot so radiatorji, segrejte zrak, ki jih obdaja, in se dvigne, medtem ko se zrak iz zgornjega dela spušča in ustvarja konvektivne zračne tokove v topli sobi.

Kuhanje: zavre in praži

Ko se segreva voda, ki jo vsebuje ta lonec, prenos toplote prevladuje

Vsakič, ko hrano kuhamo v vodi ali potopljeno v olje, jih kuhamo s toploto, ki jo prenesejo s konvekcijo.

V pasterizaciji se mleko in druga tekoča hrana za določeno obdobje segreva na visoke temperature, v skladu z uporabljeno varianto pasterizacije. To se naredi za odpravo bakterij in povečanje trajnosti izdelka.

Konvekcija je glavni mehanizem prenosa toplote v teh primerih, čeprav drugi mehanizmi, kot je vožnja, niso izključeni.

Vetrovi

Konvekcijski tokovi v ozračju povzročajo vetrove. Ti tokovi se oblikujejo zaradi številnih dejavnikov, vključno z dejstvom, da se površina zemlje neenakomerno segreva.

Na primer, čez dan se plaža segreje več kot morska voda, zato flotacija postavi zrak na plaži in najhladnejši zrak, ki prihaja iz morja, zaseda svoje mesto.

Lahko vam služi: Teorija velikega poka: značilnosti, stopnje, dokazi, problemi

Toda ponoči se postopek zgodi v vzvratni strani, saj plaža izgubi toploto hitreje kot toplejša voda in zrak gre v morje. Zato se v nočnem klubu na plaži dim pomakne proti morju, medtem ko se požar čez dan naredi, se dim premakne proti tleh.

Zemeljsko magnetno polje

Zemlja je sestavljena iz plasti, jedro pa ima zunanjo plast pri visoki temperaturi, ki se ni strnila. Gibanje planeta ustvarja konvekcijske tokove v tej tekočini, za katere se verjame, da so odgovorni za zemeljsko magnetno polje.

Magnetna polja so posledica prisotnosti premikajočih se električnih obremenitev. Ioni in nabiti delci, ki so prisotni v zunanjem jedru, lahko ustvarijo to polje, saj planetarni gibi takšni delci imajo vedenje, podobno kot pri majhnih zavojih (zaprtih vezij) toka.

Znanstveniki so našli povezavo med intenzivnostjo magnetnega polja in hitrostjo vrtenja planeta. Verjame se, da je šibko magnetno polje Venere posledica dejstva, da je njegova hitrost vrtenja manjša od hitrosti Jupitra, katerega magnetno polje je veliko bolj intenzivno.

Reference

1. Giambattista, a. 2010. Fizika. 2. mesto. Ed. McGraw Hill.
2. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna fizikalna znanost. 5. Ed. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. Ed. Zvezek 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. 2008. Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 1. 7. Ed. Cengage učenje.
6. Tippens, str. 2011. Fizika: pojmi in aplikacije. 7. izdaja. McGraw Hill.