Конвективниот пренос на топлина честопати се нарекува едноставно како конвекција, е пренесување на топлина од едно до друго место со движење на течности. Конвекцијата е обично доминантна форма на пренос на топлина во течности и гасови.
Конвекцијата се јавува кога потоплите области на течност или гас се издигнуваат до поладни подрачја во течноста или гасот. Поладна течност или гас зазема место на потоплите области кои се искачија повисоко. Ова резултира во постојан циркулациски циклус.
Конвекцијата е процес на пренос на топлина. Кога се произведуваат струи, материјата се преместува од една на друга локација. Значи, ова е исто така процес на масовно пренесување.
Конвекција е проток на топлина преку масовно, макроскопско движење на материјата од топол регион до ладен регион, наспроти микроскопскиот пренос на топлина помеѓу атомите вклучени во спроводливоста.
Да претпоставиме дека сметаме дека загреваме локален регион на воздухот. Како што се загрева овој воздух, молекулите се шират, предизвикувајќи овој регион да стане помалку густ од околниот, незагреан воздух. Бидејќи е помалку густ од околниот поладен воздух, топол воздух последователно ќе се крене поради пловидбените сили - се вели дека ова движење на топол воздух во поладен регион ја пренесува топлината преку конвекција.
Водата што врие во тава е добар пример за пренос на топлина со конвекција. Кога шпоретот е првпат вклучен, топлината прво се пренесува со спроводливост помеѓу елементите низ дното на садот до водата. Сепак, на крајот, водата почнува да клокоти, овие меурчиња се всушност локални региони на топла вода што се издигаат на површината, а со тоа се пренесува топлина од топла вода на дното до поладна вода на врвот со конвекција. Во исто време, поладната, погуста вода на врвот ќе потоне до дното, каде што последователно се загрева.
Друг добар пример за конвекција е во атмосферата. Земјината површина е загреана од сонцето, топлиот воздух се крева и се лади воздухот.
Конвекцијата што се јавува природно се нарекува природна конвекција или слободна конвекција. Ако течност циркулира со помош на вентилатор или пумпа, тоа се нарекува принудна конвекција. Theелијата формирана од струи на конвекција се нарекува ќелии на конвекција или ќелија Бенард .
Друг важен пример за струја на конвекција е создавање бриз над копнените маси покрај големите водни тела. Водата има поголем топлински капацитет од земјата и последователно ја задржува топлината. Затоа, треба подолго време за да се промени нејзината температура, или нагоре или надолу. Така, во текот на денот воздухот над водата ќе биде поладен од оној над земјата. Ова создава област со низок притисок над земјата, во однос на подрачјето со висок притисок над водата, и последователно се наоѓа ветер што дува од водата кон земјата. Од друга страна, во текот на ноќта водата се лади побавно од копното, а воздухот над водата е малку потопол отколку над копното. Ова создава област со низок притисок над водата во однос на подрачјето со висок притисок над земјата, и ветре ќе дуваат од земјата до водата.
Видови на топлинска конвекција
Топлинската конвекција е од три вида - природна, присилна и мешана.
- Присилна конвекција - Во еден случај, топлината може да се носи пасивно со движење на флуид, што би се случило дури и без процесот на греење, процес на пренос на топлина лабаво се нарекува присилна конвекција.
- Природна конвекција - Во другиот случај, самото загревање може да предизвика движење на течноста преку силите на експанзија и пловност, додека истовремено предизвикува да се пренесува топлина со ова движење - процес лабаво познат како природна конвекција или слободна конвекција.
- Мешана (комбинирана) конвекција е комбинација на присилна и слободна конвекција што е општ случај на конвекција кога протокот се определува истовремено и од надворешен систем на присилување (т.е. надворешно напојување на системот за течење на флуидот на телото) и внатрешен волуметриски маса) сили, т.е. со нееднаква дистрибуција на густина на флуиден медиум во гравитационо поле.
Неколку секојдневни примери на природна конвекција
- Врела вода - Врела вода во сад исто така работи на принципот на конвекција. Кога водата почнува да се загрева, молекулите на водата се шират и се движат во садот. Така, топлината се пренесува на другите делови од садот и ладната вода почнува да тоне додека се крева топла вода.
- Едноставен пример за струја на струење е топол воздух што се крева кон таванот или таванот на една куќа. Топол воздух е помалку густ од студениот, па затоа се крева.
- Ветерот е пример за струја на струење. Сончевата светлина или рефлектираната светлина зрачи со топлина, поставувајќи ја температурната разлика што предизвикува движење на воздухот. Засенчените или влажните подрачја се поладни, или можат да апсорбираат топлина, додавајќи на ефект. Конвекционите струи се дел од она што го придвижува глобалното циркулирање на Земјината атмосфера.
- Пареа чаша топол пијалок - Можеби сте забележале излегување на пареа од чаша топол чај или кафе. Поради топлината на течноста, топол воздух се крева нагоре. Овој топол воздух е пареа.
- Топење на мразот - Топлината се движи кон ледот од воздухот. Ова предизвикува топење од цврста во течна.
- Балон со топол воздух - Грејач во внатрешноста на балонот го загрева воздухот и така воздухот се движи нагоре. Ова предизвикува подигнување на балонот бидејќи топлиот воздух се заглавува внатре. Кога пилотот сака да се спушти, тој ослободува дел од топол воздух и ладниот воздух го зазема неговото место, предизвикувајќи балонот да се спушти.
- Одмрзнување на замрзнат материјал - Замрзнатата храна се топи побрзо под ладна проточна вода отколку ако е ставена во вода. Дејството на проточната вода побрзо ја пренесува топлината во храната.
- Грмотевици - Топла вода од океаните се крева во воздухот и се претвора во заситени вода капки што формираат облаци. Кога овој процес продолжува, помалите облаци се судираат едни со други и се формираат поголеми облаци. По достигнувањето на последната фаза на раст, се формираат кумулонимбус облаци или грмотевици.
Конвекција во метеорологијата и геологијата
- Конвекција на мантија - Карпестата мантија на Земјата се движи бавно поради струењата на конвекцијата што ја пренесуваат топлината од внатрешноста на Земјата до површината. Ова е причината што тектонските плочи постепено се движат околу Земјата. Топол материјал се додава на растечките рабови на плочата и потоа се лади. На рабовите на потрошувачката, материјалот станува густ со контракција од топлината и тоне во Земјата во океански ров. Ова предизвикува формирање на вулкани.
- Океанска циркулација - Топлата вода околу екваторот циркулира кон половите, а поладната вода на половите се движи кон екваторот.
- Ефект на оџак или оџак - ова е движење на воздухот внатре и надвор од зградите, каналите за отпадоци или други предмети поради пловидба. Во овој случај, пловноста се однесува на различните густини на воздухот помеѓу воздухот внатре и воздухот надвор. Силата на пловност се зголемува како резултат на поголема висина на конструкцијата и поголема разлика помеѓу нивото на топлина на внатрешниот и надворешниот воздух.
- Конвекција на aвезда - Aвезда има зона на конвекција каде што енергијата се движи со конвекција. Надвор од јадрото е зона на зрачење каде се движи плазмата. Конвекционата струја се формира кога плазмата се крева и ладената плазма се спушта.
- Гравитациона конвекција - Ова покажува кога сувата сол дифундира надолу во влажна почва затоа што слатката вода е плови во солената вода.
- Конвекционите струи се евидентни на сонцето . Гранулите што се гледаат на сончевата фотосфера се врвовите на конвекционите ќелии. Во случај на сонце и други starsвезди, течноста е плазма отколку течност или гас.
Присилна конвекција
Тука се користи надворешен уред како вентилатор, пумпа или вшмукувачки уред за да се олесни конвекцијата.
Еве неколку примери на присилна конвекција:
- Радијатор - Во радијаторот, грејниот елемент е поставен на дното на машината. Така, топлиот воздух од овој греен елемент се заменува со ладен воздух.
- Фрижидер - Единицата за замрзнувач е поставена на врвот. Причината за ова е што топлиот воздух во фрижидерот ќе се крене, но постудениот воздух во регионот на замрзнувачот ќе потоне и ќе го задржи топол долниот дел од фрижидерот.
- Клима уред - Единицата за ладење во климатик е поставена на врвот. Така, топол воздух се крева нагоре до единицата за ладење, тој се заменува со ладен воздух, а просторијата се лади.
- Попер со топол воздух - Има вентилатор, греен елемент и отвор за проветрување. Кога папарот е вклучен, вентилаторот дува воздух на грејниот елемент преку отворот за проветрување. Воздухот станува топол и со тоа се крева. Кернелите од пуканки се поставени веднаш над грејниот елемент. Топлиот воздух се крева и јадрата од пуканки се загреваат. Вака ги добиваме нашите вкусни пуканки.
- Печка за конвекција - Во печка за конвекција се користи принципот на присилна конвекција. Воздухот во одделот се принудува да се загрева со употреба на грејни елементи. Поради ова загревање, молекулите на воздухот се шират и се движат. Храната внатре се готви поради овој топол воздух.
- Мотор со ладење на воздухот - Моторите со воздушно ладење се ладат со струја на струење во нивните водоводни цевки. Моторот, работи долго време, се загрева. Топлината што се троши треба да се олади за да се одржи моторот во функција. Моторот е покриен со водена јакна што се загрева. Поради ова загревање, топла вода тече низ цевките што го опкружуваат моторот. Овие цевки имаат вентилатори поради што се лади топла вода. Оваа топла вода, според принципот на конвекција, тоне, со што се лади моторот.
