Konvektion

Figur 1. En vistelse kyler dörren, eftersom den varma luften (röd pil) och mindre tät stiger upp och flyr från den. Källa: Wikimedia Commons. Genieclimatique/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)

Vad är konvektion?

De konvektion Det är en av de tre mekanismerna där värmen överförs från ett varmare område till en kallare. Det sker på grund av rörelsen av massan av en vätska, som kan vara flytande eller en gas. I alla fall krävs alltid ett materialmedium så att denna mekanism kan ges.

Ju snabbare rörelsen av vätskan i fråga, desto snabbare kommer den termiska energiöverföringen att vara mellan områden med olika temperatur. Detta inträffar kontinuerligt med atmosfäriska luftmassor: flotbarhet är ansvarig för de hetaste och mindre täta stigande medan den kallaste och täta nedgången.

Ett exempel på detta är bildens stängda rum, som omedelbart är svalt nedan.

Typer av konvektion

Naturlig och tvingad konvektion

figur 2. Exempel på tvingad konvektion och naturlig konvektion. Källa: Cengel och. Termodynamik.

Konvektion kan vara naturlig eller tvingad. I det första fallet rör sig vätskan av sig själv, som när du öppnar dörren till rummet, medan den i den andra tvingas av en fläkt eller en pump, till exempel.

Spridning och övervakning

Det kan också finnas två varianter: diffusion och Stöd. I diffusionen rör sig fluidmolekyler mer eller mindre slumpmässigt och värmeöverföring är långsam.

Å andra sidan, i uppstarten flyttas en god mängd flytande deg, vilket kan uppnås genom att tvinga konvektionen med en fläkt, till exempel. Men fördelen med uppstarten är att det är mycket snabbare än diffusionen.

Kan tjäna dig: vinkelhastighet: definition, formel, beräkning och övningar

Hur överförs värmen genom konvektion?

En enkel matematisk matematisk modell för konvektionsvärmeöverföring är Newtons kyllag. Tänk på en varm ytarea A, omgiven av kallare luft, så att temperaturskillnaden är liten.

Låt oss kalla att värmen överfördes och T samtidigt. Den hastighet med vilken värmen överförs är dq/dt eller härrör från funktionen q (t) med avseende på tid.

Eftersom värme är termisk energi är dess enheter i det internationella systemet Joules (J), därför kommer överföringsgraden i Joules/Second, som är watt eller watt (W).

Denna hastighet är direkt proportionell mot temperaturskillnaden mellan det heta och mediet, betecknade som ΔT Och även till ytan TILL av objektet:

ΔT = objektytemperatur - temperatur bort från objektet

Proportionalitetskonstanten kallas h, Det är konvektionsvärmeöverföringskoefficient och är bestämd experimentellt. Dess enheter i internationellt system (SI) är w/m². K, men det är vanligt att hitta det i termer av celsius eller celsius grader.

Det är viktigt att notera att denna koefficient inte är en flytande egenskap, eftersom den beror på olika variabler, såsom ytgeometri, vätskehastighet och andra funktioner.

Genom att kombinera alla ovanstående förvärvar matematiskt Newtons kyllagar detta formulär:

dq/dt = ha Δt

Tillämpning av Newtons kyllag

En person står mitt i ett rum 20 ° C, genom vilket en lätt bris blåser. Vad är värmen som personen överför till miljön genom konvektion? Antag att den exponerade ytan är 1.6 m² och hudens yttemperatur är 29 ºC.

Faktum: Värmeöverföringskoefficienten genom konvektion i detta fall är 6 W/m². ºC

Lösning

Personen kan överföra värme till luften som omger den, eftersom den är i rörelse när man blåser vinden. För att hitta DQ/DT -överföringshastigheten ersätts värdena i Newton -ekvationen för kylning helt enkelt:

Det kan tjäna dig: skalarnas storlek: vad den består av, egenskaper och exempel

DQ/DT = 6 W/m². ºC x 1.6 m² X (29 ºC - 20 ° C) = 86.4 w.

Konvektionsexempel

Värm händerna i en eld

Det är vanligt att värma händerna genom att närma sig en eld eller varm brödrost, eftersom luften som omger värmekällan värms upp i sin tur och expanderar, stiger eftersom den är mindre tät. När du cirkulerar lindar denna varmluft och värmer händerna.

Figur 3. Ett sätt att värma händerna är genom konvektionsströmmen som har sitt ursprung i luften av elden

Luftflöde på kusten

Vid kusten är havet kallare än jorden, så luften på jorden värms upp och stiger, medan den kallaste anländer och är etablerad i det utrymme som finns i denna andra när den stiger upp.

Det här kallas konvektionscell Och det är anledningen till att han känner sig svalare när han tittar på havet och vinden blåser mot hans ansikte på en varm dag. På natten inträffar det tvärtom, den färska brisen kommer från land.

Vattencykeln

Naturlig konvektion förekommer i luften vid oceanisk kust, med den hydrologiska cykeln, där vatten värms upp och avdunstas tack vare solstrålning. Vattenånga bildas således stiger upp, svalnar och kondenserar bildande moln, vars massor ökar och stiger upp genom konvektion.

Genom att öka storleken på vattendropparna kommer det en tid då vattnet fälls ut i form av regn, fast eller vätska, beroende på temperaturen.

Koka vatten i en behållare

När vattnet placeras i tekannan eller kastrullen värms skikten närmast botten först, eftersom hornets låga eller värme är närmare. Sedan expanderar vattnet och dess densitet minskar, därför stiger upp och det kallare vattnet tar sin plats längst ner i behållaren.

Kan tjäna dig: Mekanisk energi: Formler, koncept, typer, exempel, övningar Figur 4. Konvektionsvattenvärme. Källa: Wikimedia Commons. Användare: Oni Lukos/CC BY-SA (http: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/).

På detta sätt cirkulerar alla skikt snabbt och all vattenmassa värms upp. Detta är ett bra exempel på övervakning.

Vindproduktion

Konvektionen i luftmassorna, tillsammans med jordrotationsrörelsen producerar vindar, eftersom den kalla luften rör sig och cirkulerar under den varma luften, vilket skapar olika strömmar som kallas strömmar för konvektionsströmmar.

Oceaniska strömmar

Vatten uppför sig som luften gör i atmosfären. De varmare vattnen är nästan alltid nära ytan, medan de kallaste vattnen är djupare.

Dinamo Effect

Det förekommer i den smälta kärnan i det inre av planeten, där den kombineras med jordens rotationsrörelse, vilket genererar elektriska strömmar som ger upphov till jordens magnetfält.

Energiöverföring inuti stjärnorna

Stjärnor som solen är enorma gasfärer. Konvektion är en effektiv energitransportmekanism där, eftersom gasformiga molekyler har tillräckligt med frihet att flytta mellan områden inuti stjärnorna.

Konvektionsapplikationer

luftkonditioneringar

Luftkonditioneringen placeras nära rumets tak, så att den kylda luften, som är tätare, stiger och svalt närmare marken snabbt.

Värmeväxlare

Det är en anordning som tillåter överföring av värme från en vätska till en annan och är principen om drift av luftkonditioneringsapparaten och bilens kylmekanismer, till exempel.

Termiska isolatorer under konstruktioner

De är gjorda genom att kombinera plattor med isolerande material och lägga till luftbubblor inuti.

kylartorn

Även kallade kyltorn, de tjänar till att kasta värme som produceras av kärnkraftscentraler, oljeraffinaderier och andra olika industrianläggningar, istället för att göra det för att landa eller vatten.

Referenser

1. Giambattista, a. 2010. Fysik. 2: a. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, E. Körning, konvektion och strålning. Återhämtat sig från: Eltamiz.com.
3. Natahenoo. Värmeapplikationer. Återhämtat sig från: cinehenao.WordPress.com.
4. Serway, R. Fysik för vetenskap och teknik. Volym 1. 7th. Ed. Cengage Learning.
5. Wikipedia. Konvektion. Hämtad från: i.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Termikkonvektion. Återhämtad från: kyla.Wikipedia.org.