Konvektionsvärmeöverföring (med exempel)

De Värmeöverföring genom konvektion Det inträffar genom rörelse av en vätska, som kan vara gas eller vätska. När densiteten minskar när temperaturen ökar, stiger de hetaste vätskemassorna, medan de kallaste delarna sjunker ner. På detta sätt finns det en flytande massrörelse, genom vilken värme transporteras från en plats till en annan.

Detta är den egenskap som skiljer konvektionen av körning och strålning, för i konvektion finns det alltid en nettomassaförskjutning. Å andra sidan behöver strålning inte ett materiellt medium för att spridas och när det gäller att köra överföring beror det på successiva kollisioner mellan atomer och molekyler, utan nettorörelsen av materia.

Men på atmosfärens nivå och hav är det lätt för förskjutningar av stora luft- och vattenmassor att inträffa. Det är därför konvektion är den övervägande energiöverföringsmekanismen i dessa media och är den som till stor del bestämmer jordens klimat.

I ett hemkök kan du noggrant se värmeöverföringsmekanismerna. Sätt bara vatten i en kastrull. Den flytande delen som är närmast hornillas låga värms upp, dess densitet minskar och stiger. Dess plats är ockuperad av kallare vatten, som går ner till botten av potten.

[TOC]

Typer av konvektion

När en flytande del värms upp rör sig dess molekyler snabbare och avgår från varandra. Av den anledningen blir vätskan vid en högre temperatur mindre tät och kan stiga upp genom flotation och bära värmen med den.

Sedan upptar en kallare vätskemassa platsen som lämnas av dessa stigande molekyler och detta kontinuerliga utbyte genererar samtalen konvektionsströmmar.

Detta kan uppnås på två sätt: genom naturlig (fri) konvektion eller genom tvingad konvektion. På samma sätt finns båda formerna av konvektion i centrala värmesystem eller solkraftverk.

Kan tjäna dig: Biofysik: Historia, vilka studier, applikationer, koncept, metoder

Därefter består var och en av:

Naturlig och tvingad konvektion

I denna mekanism flyter värme bara tack vare det faktum att temperaturskillnaden i den aktuella vätskan. Utan tyngdkraften finns det ingen naturlig konvektion.

Det finns ett enkelt experiment i laboratoriet som tillåter visualisering av dessa naturliga konvektionsströmmar när de bildas i vatten.

Ett vikat glasrör krävs i fyrkantig eller rektangulär form och ett färgämne som gör stigande strömmar synliga. Detta är vanligtvis kaliumpermanganat, som färgar violett vatten eller droppar av någon form av bläck.

Nu minskar ett av de nedre hörnen på röret och densiteten för vattendelen som bara är på lågan och stiger och ersätts av en mer kallt vattendel av vatten.

Enkelt experiment för att illustrera hur konvektionsströmmar bildas i vatten. Källa: f. Zapata.

Denna kontinuerliga utbytesprocess mellan kallt och varmt vatten genererar en konvektionsström som strider mot klockan, som observeras tack vare Violet Dye, som visas i den övre figuren.

Vätskan som ska cirkulera kan också tvingas överföra värme, istället för att låta konvektionsströmmar naturligtvis förekomma på grund av skillnaden i densiteter.

När konvektionen inträffar tack vare yttre medel som driver vätskan, till exempel en fläkt eller en pump, tvingas den konvektion. Vätskan kan tvingas flyta genom ett rör, som i husens centralvärmesystem, kylaren på en bil eller i ett mer öppet utrymme, tack vare en Aspas -fläkt.

Kan tjäna dig: Lenz Law: Formel, Ekvationer, applikationer, exempel

Exempel på konvektionsvärmeöverföring

Centralvärmesystem

Det centrala värmesystemet i ett hus använder sig av värmeöverföring genom konvektion i vattnet.

För detta måste du cirkulera varmt vatten genom rör under golvet, från en central panna. På detta sätt överför vattnet värme till radiatorerna eller uppvärmningen och av dessa passerar värmen till rummen, medan det kalla vattnet återgår igen till värmepannan för att upprepa cykeln.

Som framgår finns både naturlig och tvingad konvektion i centralvärmemekanismen.

Radiatorer, spisar och skorstenar

Värmekällor som radiatorer värmer luften som omger dem och den stiger, medan luften från den övre delen sjunker, vilket genererar konvektiva luftströmmar i det varma rummet.

Cook: koka och stek

När vattnet i denna kruka värms, dominerar värmeöverföringen med konvektion

Varje gång mat kokas i vatten eller nedsänkt i stekolja, tillagas de av värme som överförs av konvektion.

Vid pastörisering värms mjölk och andra flytande livsmedel till höga temperaturer under vissa perioder, enligt den pasteuriseringsvariant som används. Detta görs för att eliminera bakterier och öka produkthållbarhet.

Konvektion är den huvudsakliga värmeöverföringsmekanismen i dessa fall, även om andra mekanismer, såsom körning, inte är uteslutna.

Vindarna

Konvektionsströmmar i atmosfären orsakar vindar. Dessa strömmar bildas på grund av många faktorer, inklusive det faktum att jordens yta värms ojämnt.

Till exempel, under dagen värmer stranden mer än havsvatten, så flotationen gör luften ovanpå stranden och den kallaste luften, som anländer från havet, upptar sin plats.

Det kan tjäna dig: Theory of the Big Bang: Egenskaper, stadier, bevis, problem

Men på natten inträffar processen omvänd, eftersom stranden tappar värmen snabbare än det varmare vattnet och luften går till havet. Det är därför röken i en nattklubb på stranden rör sig mot havet, medan om elden görs under dagen rör sig röken mot marken.

Jordens magnetfält

Jorden består av lager, och kärnan har ett yttre skikt vid hög temperatur, vilket inte stelnar. Planetens rörelse skapar konvektionsströmmar i denna vätska, som tros ansvarar för jordens magnetfält.

Magnetfält beror på närvaron av rörliga elektriska belastningar. De joner och laddade partiklar som finns i den yttre kärnan kan generera detta fält, eftersom planetrörelserna gör att sådana partiklar har ett beteende som liknar det för små svängar (stängda kretsar) av strömmen.

Forskare har hittat en korrelation mellan magnetfältets intensitet och planetens rotationshastighet. Det antas att det svaga magnetfältet beror på att dess rotationshastighet är mindre än Jupiter, vars magnetfält är mycket mer intensivt.

Referenser

1. Giambattista, a. 2010. Fysik. 2: a. Ed. McGraw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Fysik: Principer med applikationer. Sjätte. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Konceptuell fysisk vetenskap. Femte. Ed. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysik med modern fysik. 14th. Ed. Volym 1. Pearson.
5. Serway, R., Jewett, J. 2008. Fysik för vetenskap och teknik. Volym 1. 7th. Ed. Cengage Learning.
6. Tippens, s. 2011. Fysik: koncept och applikationer. Sjunde upplagan. McGraw Hill.