Back to the topics list

konveksi

Perpindahan panas konvektif sering disebut hanya sebagai konveksi, adalah perpindahan panas dari satu tempat ke tempat lain melalui pergerakan fluida. Konveksi biasanya merupakan bentuk perpindahan panas yang dominan dalam cairan dan gas.

Konveksi terjadi ketika area cair atau gas yang lebih hangat naik ke area yang lebih dingin dalam cairan atau gas. Cairan atau gas yang lebih dingin kemudian menggantikan area yang lebih hangat yang naik lebih tinggi. Ini menghasilkan pola sirkulasi yang terus menerus.

Konveksi adalah proses perpindahan panas. Ketika arus dihasilkan, materi dipindahkan dari satu lokasi ke lokasi lain. Jadi, ini juga merupakan proses perpindahan massa.

Konveksi adalah aliran panas melalui gerakan makroskopis massal dari materi dari daerah panas ke daerah dingin, berlawanan dengan perpindahan panas mikroskopis antar atom yang terlibat dengan konduksi.

Misalkan kita mempertimbangkan untuk memanaskan wilayah udara setempat. Saat udara ini memanas, molekul-molekulnya menyebar, menyebabkan wilayah ini menjadi kurang padat dibandingkan udara di sekitarnya yang tidak panas. Menjadi kurang padat dari udara dingin di sekitarnya, udara panas selanjutnya akan naik karena gaya apung – pergerakan udara panas ke daerah yang lebih dingin ini kemudian dikatakan mentransfer panas secara konveksi.

Air mendidih dalam panci adalah contoh perpindahan panas secara konveksi. Saat kompor pertama kali dinyalakan, panas dipindahkan terlebih dahulu melalui konduksi antar elemen melalui dasar panci ke air. Namun, akhirnya, air mulai menggelegak, gelembung-gelembung ini sebenarnya adalah daerah air panas yang naik ke permukaan, sehingga panas berpindah dari air panas di bagian bawah ke air yang lebih dingin di bagian atas melalui konveksi. Pada saat yang sama, air yang lebih dingin dan lebih padat di bagian atas akan tenggelam ke dasar, kemudian dipanaskan.

Contoh bagus lainnya dari konveksi adalah di atmosfer. Permukaan bumi dihangatkan oleh matahari, udara hangat naik dan udara dingin masuk.

Konveksi yang terjadi secara alami disebut konveksi alami atau konveksi bebas. Jika cairan disirkulasikan menggunakan kipas atau pompa, itu disebut konveksi paksa. Sel yang dibentuk oleh arus konveksi disebut sel konveksi atau sel Benard .

Contoh penting lainnya dari arus konveksi adalah terciptanya angin sepoi-sepoi di atas daratan di samping badan air yang besar. Air memiliki kapasitas panas yang lebih besar daripada daratan dan selanjutnya menahan panas dengan lebih baik. Oleh karena itu, dibutuhkan waktu lebih lama untuk mengubah suhunya, baik ke atas maupun ke bawah. Dengan demikian, pada siang hari udara di atas air akan lebih dingin daripada di darat. Hal ini menciptakan daerah bertekanan rendah di atas tanah, relatif terhadap daerah bertekanan tinggi di atas air, dan kemudian angin bertiup dari air ke darat. Di sisi lain, pada malam hari air mendingin lebih lambat daripada daratan, dan udara di atas air sedikit lebih hangat daripada daratan. Ini menciptakan area bertekanan rendah di atas air relatif terhadap area bertekanan tinggi di atas daratan, dan angin sepoi-sepoi akan bertiup dari darat ke air.

Jenis konveksi panas

Konveksi panas terdiri dari tiga jenis - alami, paksa, dan campuran.

• Konveksi paksa - Dalam satu kasus, panas dapat dibawa secara pasif oleh gerakan fluida, yang akan terjadi bahkan tanpa proses pemanasan, proses perpindahan panas disebut secara longgar sebagai konveksi paksa.
• Konveksi alami - Dalam kasus lain, pemanasan itu sendiri dapat menyebabkan fluida bergerak melalui gaya ekspansi dan gaya apung, sementara secara bersamaan menyebabkan panas dipindahkan oleh gerakan ini - sebuah proses yang dikenal sebagai konveksi alami atau konveksi bebas.
• Konveksi campuran (gabungan) adalah kombinasi antara konveksi paksa dan bebas yang merupakan kasus umum konveksi ketika aliran ditentukan secara bersamaan oleh sistem gaya luar (yakni pasokan energi luar ke sistem tubuh yang dialirkan fluida) dan volumetrik dalam ( massa), yaitu, oleh distribusi densitas yang tidak seragam dari media fluida dalam medan gravitasi.

Beberapa contoh konveksi alami sehari-hari

1. Air mendidih – Air mendidih dalam mangkuk juga beroperasi berdasarkan prinsip konveksi. Saat air mulai memanas, molekul air mengembang dan bergerak di dalam panci. Dengan demikian, panas dipindahkan ke bagian lain dari panci dan air dingin mulai tenggelam sementara air hangat naik.
2. Contoh sederhana arus konveksi adalah udara hangat yang naik ke langit-langit atau loteng rumah. Udara hangat kurang padat dari udara dingin, sehingga naik.
3. Angin adalah contoh arus konveksi. Sinar matahari atau cahaya yang dipantulkan memancarkan panas, menyebabkan perbedaan suhu yang menyebabkan udara bergerak. Area teduh atau lembab lebih sejuk, atau mampu menyerap panas, menambah efeknya. Arus konveksi adalah bagian dari apa yang mendorong sirkulasi global atmosfer bumi.
4. Secangkir minuman panas yang mengepul – Anda mungkin pernah mengamati uap yang keluar dari secangkir teh atau kopi panas. Karena panasnya fluida, udara hangat naik. Udara hangat ini adalah uap.
5. Pencairan es – Panas berpindah ke es dari udara. Ini menyebabkan pencairan dari padat menjadi cair.
6. Balon udara panas – Pemanas di dalam balon memanaskan udara sehingga udara bergerak ke atas. Hal ini menyebabkan balon naik karena udara panas terperangkap di dalamnya. Saat pilot ingin turun, dia melepaskan sebagian udara panas dan udara dingin menggantikannya, menyebabkan balon turun.
7. Pencairan bahan beku – Makanan beku mencair lebih cepat di bawah air dingin yang mengalir daripada jika ditempatkan di dalam air. Tindakan air yang mengalir mentransfer panas ke dalam makanan lebih cepat.
8. Badai Petir - Air hangat dari lautan naik ke udara dan berubah menjadi tetesan air jenuh yang membentuk awan. Ketika proses ini berlanjut, awan yang lebih kecil saling bertabrakan dan awan yang lebih besar terbentuk. Setelah mencapai tahap pertumbuhan akhir, awan cumulonimbus atau badai petir terbentuk.

Konveksi dalam meteorologi dan geologi

1. Konveksi Mantel – Mantel berbatu Bumi bergerak lambat karena arus konveksi yang memindahkan panas dari bagian dalam Bumi ke permukaan. Inilah alasan lempeng tektonik bergerak secara bertahap mengelilingi Bumi. Bahan panas ditambahkan di tepi piring yang tumbuh dan kemudian mendingin. Di tepi konsumsi, material menjadi padat karena berkontraksi dari panas dan tenggelam ke dalam Bumi di palung samudra. Ini memicu pembentukan gunung berapi.
2. Sirkulasi lautan – Air hangat di sekitar ekuator bersirkulasi menuju kutub dan air yang lebih dingin di kutub bergerak menuju ekuator.
3. Efek tumpukan atau cerobong – Ini adalah pergerakan udara masuk dan keluar dari bangunan, cerobong asap, atau benda lain karena daya apung. Dalam hal ini, daya apung mengacu pada kepadatan yang berbeda di udara antara udara di dalam dan udara di luar. Gaya apung meningkat karena ketinggian struktur yang lebih besar dan perbedaan yang lebih besar antara tingkat panas udara di dalam dan di luar.
4. Konveksi bintang - Sebuah bintang memiliki zona konveksi di mana energi dipindahkan oleh konveksi. Di luar inti adalah zona radiasi tempat plasma bergerak. Arus konveksi terbentuk ketika plasma naik dan plasma yang didinginkan turun.
5. Konveksi gravitasi - Ini menunjukkan ketika garam kering berdifusi ke bawah ke tanah basah karena air tawar mengapung di air asin.
6. Arus konveksi terlihat jelas di matahari . Butiran yang terlihat di fotosfer matahari adalah bagian atas sel konveksi. Dalam kasus matahari dan bintang lainnya, cairannya adalah plasma, bukan cairan atau gas.

Konveksi paksa

Di sinilah perangkat eksternal seperti kipas, pompa, atau perangkat hisap digunakan untuk memfasilitasi konveksi.

Berikut adalah beberapa contoh konveksi paksa:

1. Radiator - Di radiator, elemen pemanas ditempatkan di bagian bawah mesin. Jadi, udara hangat dari elemen pemanas ini digantikan oleh udara dingin.
2. Kulkas – Unit freezer ditempatkan di bagian atas. Alasan di balik ini adalah udara hangat di dalam lemari es akan naik tetapi udara yang lebih dingin di daerah freezer akan tenggelam dan menjaga bagian bawah lemari es tetap hangat.
3. AC – Unit pendingin di AC ditempatkan di bagian atas. Jadi, udara hangat naik ke unit pendingin, digantikan oleh udara dingin, dan ruangan menjadi dingin.
4. Popper udara panas – Memiliki kipas, elemen pemanas, dan ventilasi. Saat popper dihidupkan, kipas meniupkan udara ke elemen pemanas melalui ventilasi. Udara menjadi hangat dan dengan demikian naik. Kernel popcorn ditempatkan tepat di atas elemen pemanas. Udara panas naik dan biji popcorn dipanaskan. Beginilah cara kami mendapatkan popcorn lezat kami.
5. Oven konveksi – Dalam oven konveksi, prinsip konveksi paksa digunakan. Udara di dalam kompartemen dipaksa menjadi panas dengan menggunakan elemen pemanas. Karena pemanasan ini, molekul udara mengembang dan bergerak. Makanan di dalamnya matang karena udara yang hangat ini.
6. Mesin berpendingin udara – Mesin berpendingin udara didinginkan oleh arus konveksi di pipa airnya. Mesin, saat berjalan dalam waktu lama, menjadi panas. Panas yang hilang perlu didinginkan agar mesin tetap bekerja. Mesin ditutupi oleh jaket air yang dipanaskan. Karena pemanasan ini, air hangat mengalir melalui pipa yang mengelilingi mesin. Pipa-pipa ini memiliki kipas yang mendinginkan air hangat. Air hangat ini, dengan prinsip konveksi, tenggelam, sehingga mendinginkan mesin.