As jy jou hand nader bring aan 'n aangeskakelde elektriese lamp of jou palm oor 'n warm stoof plaas, kan jy die beweging van warm lugstrome voel. Dieselfde effek kan waargeneem word wanneer 'n vel papier oor 'n oop vlam geswaai word. Albei effekte word deur konveksie verklaar.
Wat is dit?
Die verskynsel van konveksie is gebaseer op die uitsetting van 'n kouer stof in kontak met warm massas. In sulke omstandighede verloor die verhitte stof sy digtheid en word dit ligter in vergelyking met die koue ruimte wat dit omring. Die mees akkuraat stem hierdie eienskap van die verskynsel ooreen met die beweging van hittevloei wanneer water verhit word.
Die beweging van molekules in teenoorgestelde rigtings onder die invloed van verhitting is presies waarop konveksie gebaseer is. Straling en termiese geleidingsvermoë is soortgelyke prosesse, maar hulle het hoofsaaklik betrekking op die oordrag van termiese energie in vaste stowwe.
Aanskoulike voorbeelde van konveksie - die beweging van warm lug in die middel van 'n kamer met verwarmingtoestelle, wanneer verhitte strome onder die plafon beweeg, en koue lug daal na die oppervlak van die vloer. Dit is hoekom, wanneer die verwarming aan is, die lug aan die bokant van die kamer merkbaar warmer is in vergelyking met die onderkant van die kamer.
Archimedes se wet en termiese uitbreiding van fisiese liggame
Om te verstaan wat natuurlike konveksie is, is dit genoeg om die proses te oorweeg deur die voorbeeld van die Archimedes-wet en die verskynsel van uitsetting van liggame onder die invloed van termiese straling te gebruik. Dus, volgens die wet, lei 'n toename in temperatuur noodwendig tot 'n toename in die volume vloeistof. Die vloeistof wat van onder in die houers verhit word, styg hoër, en vog van hoër digtheid, onderskeidelik, beweeg laer. In die geval van verhitting van bo af sal meer en minder digte vloeistowwe op hul plekke agterbly, in welke geval die verskynsel nie sal voorkom nie.
Die ontstaan van die konsep
Die term "konveksie" is die eerste keer in 1834 deur die Engelse wetenskaplike William Prout voorgestel. Dit is gebruik om die beweging van termiese massas in verhitte, bewegende vloeistowwe te beskryf.
Die eerste teoretiese studies van die verskynsel van konveksie het eers in 1916 begin. Tydens die eksperimente is gevind dat die oorgang van diffusie na konveksie in vloeistowwe wat van onder af verhit word, plaasvind wanneer sekere kritieke temperatuurwaardes bereik word. Later is hierdie waarde gedefinieer as die "Roel-nommer". Dit is so genoem na die navorser wat dit bestudeer het. Die resultate van die eksperimente het dit moontlik gemaak om die beweging van hittevloei onder die invloed van die kragte van Archimedes te verklaar.
tipes konveksie
Daar is verskeie tipes van die verskynsel wat ons beskryf – natuurlike en gedwonge konveksie. 'n Voorbeeld van die beweging van warm en koue lugvloei in die middel van 'n kamer is die beste manier om die proses van natuurlike konveksie te karakteriseer. Wat gedwonge betref, kan dit waargeneem word wanneer die vloeistof met 'n lepel, pomp of roerder gemeng word.
Konveksie is onmoontlik wanneer vaste stowwe verhit word. Dit is as gevolg van die taamlik sterk wedersydse aantrekkingskrag tydens die vibrasie van hul vaste deeltjies. As gevolg van verhitting van soliede struktuurliggame vind konveksie en bestraling nie plaas nie. Termiese geleidingsvermoë vervang hierdie verskynsels in sulke liggame en dra by tot die oordrag van termiese energie.
Die sogenaamde kapillêre konveksie is 'n aparte tipe. Die proses vind plaas wanneer die temperatuur verander tydens die beweging van vloeistof deur die pype. Onder natuurlike toestande is die belangrikheid van sulke konveksie, saam met natuurlike en gedwonge konveksie, uiters onbeduidend. In ruimtetegnologie word kapillêre konveksie, bestraling en termiese geleidingsvermoë van materiale egter baie belangrike faktore. Selfs die swakste konvektiewe bewegings onder gewiglose toestande maak dit moeilik om sekere tegniese take te implementeer.
Konveksie in die lae van die aardkors
Konveksieprosesse is onlosmaaklik verbind met die natuurlike vorming van gasvormige stowwe in die dikte van die aardkors. Die aardbol kan beskou word as 'n sfeer wat uit verskeie konsentriese lae bestaan. Heel in die middel is 'n massiewe warm kern, wat 'n hoëdigtheid vloeibare massa is wat yster bevat,nikkel, sowel as ander metale.
Die omliggende lae vir die aarde se kern is die litosfeer en semi-vloeibare mantel. Die boonste laag van die aardbol is direk die aardkors. Die litosfeer word gevorm uit individuele plate wat in vrye beweging is, wat langs die oppervlak van die vloeistofmantel beweeg. In die loop van ongelyke verhitting van verskeie dele van die mantel en rotse, wat verskil in verskillende samestelling en digtheid, word konvektiewe vloei gevorm. Dit is onder die invloed van sulke vloeie dat die natuurlike transformasie van die seebodem en die beweging van die draende kontinente plaasvind.
Verskille tussen konveksie en hittegeleiding
Termiese geleiding moet verstaan word as die vermoë van fisiese liggame om hitte oor te dra deur die beweging van atoom- en molekulêre verbindings. Metale is uitstekende geleiers van hitte, aangesien hul molekules in noue kontak met mekaar is. Inteendeel, gasvormige en vlugtige stowwe tree op as swak geleiers van hitte.
Hoe gebeur konveksie? Die fisika van die proses is gebaseer op die oordrag van hitte as gevolg van die vrye beweging van die massa molekules van stowwe. Op sy beurt bestaan termiese geleidingsvermoë uitsluitlik in die oordrag van energie tussen die samestellende deeltjies van 'n fisiese liggaam. Albei prosesse is egter onmoontlik sonder die teenwoordigheid van materiedeeltjies.
Voorbeelde van die verskynsel
Die eenvoudigste en mees verstaanbare voorbeeld van konveksie is die proses van 'n gewone yskas. Sirkulasieafgekoelde freongas deur die pype van die verkoelingskamer lei tot 'n afname in die temperatuur van die boonste luglae. As gevolglik deur warmer strome vervang word, sak koue strome af en verkoel dus die produkte.
Die rooster wat op die agterpaneel van die yskas geleë is, speel die rol van 'n element wat die verwydering van warm lug wat in die kompressor van die eenheid gevorm word tydens gaskompressie vergemaklik. Roosterverkoeling is ook gebaseer op konvektiewe meganismes. Dit is om hierdie rede dat dit nie aanbeveel word om die spasie agter die yskas te vul nie. Slegs in hierdie geval kan verkoeling immers sonder moeite plaasvind.
Ander voorbeelde van konveksie kan gesien word deur so 'n natuurlike verskynsel soos die beweging van die wind waar te neem. Opwarming oor droë vastelande en afkoel oor moeiliker terrein, lugstrome begin mekaar verplaas, wat veroorsaak dat hulle beweeg, asook om vog en energie te beweeg.
Die moontlikheid van stygende voëls en sweeftuie is aan konveksie gekoppel. Minder digte en warmer lugmassas, met ongelyke verhitting naby die aarde se oppervlak, lei tot die vorming van stygende strome, wat bydra tot die stygende proses. Om die maksimum afstande te oorkom sonder die besteding van krag en energie, het voëls die vermoë nodig om sulke strome te vind.
Goeie voorbeelde van konveksie is die vorming van rook in skoorstene en vulkaniese kraters. Die opwaartse beweging van rook is gebaseer op sy hoër temperatuur en laer digtheid in vergelyking met sy omgewing. Soos die rook afkoel, sak dit geleidelik in die onderste lae van die atmosfeer. Juis om hierdie redeindustriële pype, waardeur skadelike stowwe in die atmosfeer vrygestel word, word so hoog as moontlik gemaak.
Die mees algemene voorbeelde van konveksie in die natuur en tegnologie
Onder die eenvoudigste, maklik verstaanbare voorbeelde wat in die natuur, alledaagse lewe en tegnologie waargeneem kan word, moet ons uitlig:
- lugvloei tydens die werking van huishoudelike verwarmingsbatterye;
- vorming en beweging van wolke;
- die proses van beweging van wind, moesson en winde;
- verskuiwing van tektoniese aardplate;
- prosesse wat tot vrye gasvorming lei.
Kook
Die verskynsel van konveksie word toenemend in moderne huishoudelike toestelle gerealiseer, veral in oonde. Die gaskas met konveksie laat jou toe om verskillende geregte gelyktydig op aparte vlakke by verskillende temperature te kook. Dit skakel die vermenging van smake en reuke heeltemal uit.
Die tradisionele oond maak staat op 'n enkele brander om die lug te verhit, wat lei tot ongelyke hitteverspreiding. As gevolg van die doelgerigte beweging van warm lugstrome met behulp van 'n gespesialiseerde waaier, blyk geregte in 'n konveksie-oond sappiger en beter gebak te wees. Sulke toestelle verhit vinniger, wat die tyd wat benodig word vir kook verminder.
Natuurlik, vir huisvrouens wat slegs 'n paar keer per jaar in die oond kook, is 'n huishoudelike toestel metdie funksie van konveksie kan nie 'n tegniek van eerste noodsaaklikheid genoem word nie. Vir diegene wat egter nie sonder kulinêre eksperimente kan lewe nie, sal so 'n toestel eenvoudig onontbeerlik in die kombuis word.
Ons hoop dat die materiaal wat aangebied is nuttig vir jou was. Sterkte!
