Back to the topics list

pagpupulong

Ang convective heat transfer na kadalasang tinutukoy lamang bilang convection, ay ang paglipat ng init mula sa isang lugar patungo sa isa pa sa pamamagitan ng paggalaw ng mga likido. Ang convection ay karaniwang ang nangingibabaw na anyo ng paglipat ng init sa mga likido at gas.

Ang convection ay nangyayari kapag ang mas maiinit na bahagi ng isang likido o gas ay tumaas sa mas malamig na mga lugar sa likido o gas. Ang mas malamig na likido o gas ay pumapalit sa mas maiinit na lugar na tumaas nang mas mataas. Nagreresulta ito sa tuluy-tuloy na pattern ng sirkulasyon.

Ang convection ay isang proseso ng paglipat ng init. Kapag ang mga agos ay ginawa, ang bagay ay inililipat mula sa isang lokasyon patungo sa isa pa. Kaya, isa rin itong proseso ng mass transfer.

Ang convection ay ang daloy ng init sa pamamagitan ng isang bulk, macroscopic na paggalaw ng bagay mula sa isang mainit na rehiyon patungo sa isang cool na rehiyon, bilang kabaligtaran sa mikroskopikong paglipat ng init sa pagitan ng mga atomo na kasangkot sa pagpapadaloy.

Ipagpalagay na isaalang-alang namin ang pagpainit ng isang lokal na rehiyon ng hangin. Habang umiinit ang hanging ito, kumakalat ang mga molekula, na nagiging sanhi ng pagiging mas siksik ng rehiyong ito kaysa sa nakapalibot, hindi nainitang hangin. Dahil hindi gaanong siksik kaysa sa nakapaligid na mas malamig na hangin, ang mainit na hangin ay kasunod na tataas dahil sa mga buoyant na puwersa - ang paggalaw na ito ng mainit na hangin sa isang mas malamig na rehiyon ay sinasabing naglilipat ng init sa pamamagitan ng convection.

Ang tubig na kumukulo sa isang kawali ay isang magandang halimbawa ng paglipat ng init sa pamamagitan ng convection. Kapag ang kalan ay unang nakabukas ang init ay unang inilipat sa pamamagitan ng pagpapadaloy sa pagitan ng mga elemento sa ilalim ng palayok sa tubig. Gayunpaman, sa kalaunan, ang tubig ay nagsisimulang bumubula, ang mga bula na ito ay aktwal na mga lokal na rehiyon ng mainit na tubig na tumataas sa ibabaw, at sa gayon ay naglilipat ng init mula sa mainit na tubig sa ibaba patungo sa mas malamig na tubig sa itaas sa pamamagitan ng convection. Kasabay nito, ang mas malamig, mas siksik na tubig sa itaas ay lulubog sa ilalim, kung saan ito ay kasunod na pinainit.

Ang isa pang magandang halimbawa ng convection ay nasa atmospera. Ang ibabaw ng mundo ay pinainit ng araw, ang mainit na hangin ay tumataas at ang malamig na hangin ay pumapasok.

Ang convection na natural na nangyayari ay tinatawag na natural convection o free convection. Kung ang isang likido ay nagpapalipat-lipat gamit ang isang fan o isang pump, ito ay tinatawag na sapilitang convection. Ang cell na nabuo sa pamamagitan ng convection currents ay tinatawag na convection cell o Benard cell .

Ang isa pang mahalagang halimbawa ng convection currents ay ang paglikha ng simoy ng hangin sa mga masa ng lupa sa tabi ng malalaking anyong tubig. Ang tubig ay may mas malaking kapasidad ng init kaysa sa lupa at pagkatapos ay mas mahusay na humawak ng init. Samakatuwid, mas matagal bago baguhin ang temperatura nito, pataas man o pababa. Kaya, sa araw ang hangin sa ibabaw ng tubig ay magiging mas malamig kaysa sa hangin sa ibabaw ng lupa. Lumilikha ito ng isang lugar na may mababang presyon sa ibabaw ng lupa, na may kaugnayan sa lugar na may mataas na presyon sa ibabaw ng tubig, at pagkatapos ay nakatagpo ng mga simoy ng hangin mula sa tubig patungo sa lupa. Sa kabilang banda, sa gabi, ang tubig ay lumalamig nang mas mabagal kaysa sa lupa, at ang hangin sa ibabaw ng tubig ay bahagyang mas mainit kaysa sa ibabaw ng lupa. Lumilikha ito ng lugar na may mababang presyon sa ibabaw ng tubig na may kaugnayan sa lugar na may mataas na presyon sa ibabaw ng lupa, at ang simoy ng hangin ay hihihip mula sa lupa patungo sa tubig.

Mga uri ng heat convection

Ang heat convection ay may tatlong uri – natural, forced, at mixed.

• Sapilitang convection - Sa isang kaso, ang init ay maaaring dinadala nang pasibo sa pamamagitan ng tuluy-tuloy na paggalaw, na magaganap kahit na walang proseso ng pag-init, isang proseso ng paglipat ng init na tinatawag na maluwag bilang sapilitang kombeksyon.
• Natural na convection - Sa kabilang kaso, ang pag-init mismo ay maaaring maging sanhi ng paglipat ng fluid sa pamamagitan ng pagpapalawak at mga puwersa ng buoyancy, habang sabay na nagiging sanhi ng init na madala ng paggalaw na ito - isang proseso na hindi gaanong kilala bilang natural na convection o libreng convection.
• Ang pinaghalong (pinagsama) na convection ay isang kumbinasyon ng sapilitang at libreng convection na pangkalahatang kaso ng convection kapag ang isang daloy ay tinutukoy nang sabay-sabay ng parehong panlabas na sistema ng pagpilit (ibig sabihin, panlabas na supply ng enerhiya sa fluid-streamline na sistema ng katawan) at panloob na volumetric ( mass) pwersa, viz., sa pamamagitan ng di-pantay na pamamahagi ng density ng isang fluid medium sa isang gravity field.

Ilang araw-araw na halimbawa ng natural na convection

1. Tubig na kumukulo - Ang tubig na kumukulo sa isang mangkok ay gumagana din sa prinsipyo ng convection. Kapag ang tubig ay nagsimulang uminit, ang mga molekula ng tubig ay lumalawak at gumagalaw sa palayok. Kaya, ang init ay inililipat sa ibang bahagi ng palayok at ang malamig na tubig ay nagsisimulang lumubog habang ang mainit na tubig ay tumataas.
2. Ang isang simpleng halimbawa ng convection currents ay mainit na hangin na tumataas patungo sa kisame o attic ng isang bahay. Ang mainit na hangin ay hindi gaanong siksik kaysa sa malamig na hangin, kaya tumataas ito.
3. Ang hangin ay isang halimbawa ng convection current. Ang liwanag ng araw o ang naaaninag na liwanag ay nagpapalabas ng init, na nagse-set up ng pagkakaiba sa temperatura na nagiging sanhi ng paggalaw ng hangin. Ang mga malilim o mamasa-masa na lugar ay mas malamig, o nakaka-absorb ng init, na nagdaragdag sa epekto. Ang mga convection current ay bahagi ng kung ano ang nagtutulak sa pandaigdigang sirkulasyon ng kapaligiran ng Earth.
4. Nagpapasingaw na tasa ng mainit na inumin – Maaaring naobserbahan mo ang singaw na lumalabas sa isang tasa ng mainit na tsaa o kape. Dahil sa init ng likido, tumataas ang mainit na hangin. Ang mainit na hangin na ito ay singaw.
5. Pagtunaw ng yelo - Ang init ay gumagalaw sa yelo mula sa hangin. Nagiging sanhi ito ng pagkatunaw mula sa isang solido patungo sa isang likido.
6. Hot air balloon – Isang heater sa loob ng balloon ang nagpapainit sa hangin at kaya ang hangin ay gumagalaw pataas. Ito ay nagiging sanhi ng pagtaas ng lobo dahil ang mainit na hangin ay nakulong sa loob. Kapag gustong bumaba ng piloto, inilalabas niya ang ilan sa mainit na hangin at pumalit ang malamig na hangin, dahilan upang bumaba ang lobo.
7. Ang frozen na materyal na lasaw - Ang frozen na pagkain ay natunaw nang mas mabilis sa ilalim ng malamig na tubig na umaagos kaysa sa kung ito ay inilagay sa tubig. Ang pagkilos ng umaagos na tubig ay naglilipat ng init sa pagkain nang mas mabilis.
8. Thunderstorm - Ang mainit na tubig mula sa karagatan ay tumataas sa hangin at nagiging saturated water drops na bumubuo ng mga ulap. Kapag nagpatuloy ang prosesong ito, ang maliliit na ulap ay nagbanggaan sa isa't isa at ang mas malalaking ulap ay nabuo. Sa pag-abot sa huling yugto ng paglaki, nabuo ang mga cumulonimbus cloud o thunderstorm.

Convection sa meteorology at geology

1. Mantle Convection – Ang mabatong mantle ng Earth ay mabagal na gumagalaw dahil sa convection currents na naglilipat ng init mula sa loob ng Earth hanggang sa ibabaw. Ito ang dahilan kung bakit unti-unting gumagalaw ang mga tectonic plate sa paligid ng Earth. Ang mainit na materyal ay idinagdag sa lumalagong mga gilid ng isang plato at pagkatapos ay lumalamig ito. Sa mga gilid ng pagkonsumo, ang materyal ay nagiging siksik sa pamamagitan ng pagkontrata mula sa init at lumulubog sa Earth sa isang trench ng karagatan. Nag-trigger ito sa pagbuo ng mga bulkan.
2. Ang sirkulasyon ng karagatan - Ang mainit na tubig sa paligid ng ekwador ay umiikot patungo sa mga pole at ang mas malamig na tubig sa mga pole ay gumagalaw patungo sa ekwador.
3. Ang stack o chimney effect – Ito ang paggalaw ng hangin sa loob at labas ng mga gusali, tambutso, o iba pang bagay dahil sa buoyancy. Sa kasong ito, ang buoyancy ay tumutukoy sa iba't ibang densidad sa hangin sa pagitan ng hangin sa loob at hangin sa labas. Tumataas ang puwersa ng buoyancy dahil sa mas mataas na taas ng istraktura at mas malaking pagkakaiba sa pagitan ng antas ng init ng hangin sa loob at labas.
4. Convection of a star - Ang isang bituin ay may convection zone kung saan ang enerhiya ay ginagalaw sa pamamagitan ng convection. Sa labas ng core ay isang radiation zone kung saan gumagalaw ang plasma. Nabubuo ang convection current kapag tumaas ang plasma at bumaba ang cooled plasma.
5. Gravitational convection - Ito ay nagpapakita kapag ang tuyong asin ay nagkakalat pababa sa basang lupa dahil ang tubig-tabang ay buoyant sa tubig-alat.
6. Ang mga alon ng convection ay maliwanag sa araw . Ang mga butil na nakikita sa photosphere ng araw ay ang mga tuktok ng convection cell. Sa kaso ng araw at iba pang mga bituin, ang likido ay plasma sa halip na isang likido o gas.

Sapilitang convection

Dito ginagamit ang isang panlabas na device gaya ng fan, pump, o suction device para mapadali ang convection.

Narito ang ilang halimbawa ng sapilitang convection:

1. Radiator - Sa radiator, ang heating element ay inilalagay sa ilalim ng makina. Kaya, ang mainit na hangin mula sa heating element na ito ay pinapalitan ng malamig na hangin.
2. Refrigerator - Ang yunit ng freezer ay nakalagay sa itaas. Ang dahilan sa likod nito ay ang mainit na hangin sa loob ng refrigerator ay tataas ngunit ang mas malamig na hangin sa rehiyon ng freezer ay lulubog at panatilihing mainit ang ibabang bahagi ng refrigerator.
3. Air conditioner – Ang cooling unit sa isang air conditioner ay nakalagay sa itaas. Kaya, ang mainit na hangin ay tumataas hanggang sa yunit ng paglamig, ito ay pinalitan ng malamig na hangin, at ang silid ay pinalamig.
4. Hot air popper – Mayroon itong fan, heating element, at vent. Kapag naka-on ang popper, bumuga ng hangin ang fan sa heating element sa pamamagitan ng vent. Ang hangin ay nagiging mainit at sa gayon ay tumataas. Ang mga butil ng popcorn ay inilalagay sa itaas lamang ng elemento ng pag-init. Ang mainit na hangin ay tumataas at ang mga butil ng popcorn ay pinainit. Ito ay kung paano namin makuha ang aming masarap na popcorn.
5. Convection oven – Sa isang convection oven, ginagamit ang prinsipyo ng forced convection. Ang hangin sa kompartimento ay pinipilit na magpainit sa pamamagitan ng paggamit ng mga elemento ng pag-init. Dahil sa pag-init na ito, lumalawak at gumagalaw ang mga molekula ng hangin. Ang pagkain sa loob ay niluto dahil sa mainit na hanging ito.
6. Air-cooled engine – Ang mga air-cooled na makina ay pinapalamig ng convection currents sa kanilang mga tubo ng tubig. Ang makina, sa pagtakbo ng mahabang panahon, ay umiinit. Ang init na nawala ay kailangang palamig upang mapanatiling tumatakbo ang makina. Ang makina ay natatakpan ng isang water jacket na pinainit. Dahil sa pag-init na ito, ang mainit na tubig ay dumadaloy sa mga tubo na nakapalibot sa makina. Ang mga tubo na ito ay may mga tagahanga dahil sa kung saan ang maligamgam na tubig ay pinalamig. Ang maligamgam na tubig na ito, sa pamamagitan ng prinsipyo ng convection, ay lumulubog, kaya pinapalamig ang makina.