Konvekcia

postava 1. Pobyt ochladzuje dvere, pretože horúci vzduch (červená šípka) a menej hustý vystúpi a uniká z nich. Zdroj: Wikimedia Commons. Genieclimatique/CC By-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)

Čo je konvekcia?

Ten konvekcia Je to jeden z troch mechanizmov, v ktorých sa teplo prenáša z horúcej oblasti na chladnejšiu. Sa deje v dôsledku pohybu hmotnosti tekutiny, ktorá môže byť kvapalina alebo plyn. V každom prípade sa vždy vyžaduje materiálne médium, aby sa tento mechanizmus mohol podať.

Čím rýchlejšie je pohyb príslušnej tekutiny, tým rýchlejší bude prenos tepelnej energie medzi oblasťami rôznej teploty. K tomu dochádza nepretržite s atmosférickými vzduchovými hmotami: flotabilita je zodpovedná za najhorúcejšie a menej husté stúpanie, zatiaľ čo najchladnejší a najhustejší pokles.

Príkladom je uzavretá miestnosť obrázka, ktorá je pod nimi okamžite chladná.

Typy konvekcie

Prirodzená a nútená konvekcia

Obrázok 2. Príklady nútenej konvekcie a prirodzenej konvekcie. Zdroj: Cengel a. Termodynamika.

Konvekcia môže byť prirodzená alebo nútená. V prvom prípade sa tekutina pohybuje sama o sebe, ako pri otváraní dverí miestnosti, zatiaľ čo v druhom je vynútená napríklad ventilátorom alebo čerpadlom.

Šírenie a monitorovanie

Môžu existovať aj dve varianty: rozptýlenie a podpora. V difúzii sa molekuly tekutín pohybujú viac -menej náhodne a prenos tepla je pomalý.

Na druhej strane, v uplynutí sa presunie dobré množstvo tekutého cesta, ktoré je možné dosiahnuť tým, že prinútilo konvekciu ventilátorom, napríklad. Výhodou však je, že je oveľa rýchlejšia ako difúzia.

Môže vám slúžiť: Uhlová rýchlosť: definícia, vzorec, výpočet a cvičenia

Ako sa tepla prenáša konvekciou?

Jednoduchý matematický matematický model pre prenos tepla konvekcie je Newtonov zákon o chladení. Zvážte horúcu plochu A, obklopená chladnejším vzduchom, takže teplotný rozdiel je malý.

Nazvime, že teplo prenesené a T súčasne. Rýchlosť, pri ktorej sa teplo prenáša, je dq/dt alebo odvodená z funkcie q (t) vzhľadom na čas.

Pretože teplo je tepelná energia, jej jednotky v medzinárodnom systéme sú jouly (J), preto miera prenosu prichádza v jouloch/sekundy, ktoré sú watty alebo watts (W).

Táto rýchlosť je priamo úmerná teplotnému rozdielu medzi horúcim a médiom, označená ako Δt a tiež do povrchovej plochy Do objektu:

ΔT = povrchová teplota objektu - teplota od objektu

Konštanta proporcionality sa volá h, To je konvekčný koeficient prenosu tepla a je stanovený experimentálne. Jej jednotky v medzinárodnom systéme (SI) sú bez². K, ale je obvyklé nájsť ho z hľadiska stupňov Celzia alebo Celzia.

Je dôležité poznamenať, že tento koeficient nie je vlastnosťou tekutín, pretože závisí od rôznych premenných, ako je povrchová geometria, rýchlosť kvapaliny a ďalšie vlastnosti.

Kombinácia všetkých vyššie uvedených matematicky Newtonovho zákona o chladení získava túto formu:

dq/dt = ha Δt

Aplikácia Newtonovho zákona o chladení

Osoba stojí uprostred miestnosti 20 ° C, cez ktorú fúka mierny vánok. Aká je rýchlosť tepla, ktorú osoba prenáša do životného prostredia konvekciou? Predpokladajme, že exponovaná plocha povrchu je 1.6 m² a povrchová teplota pokožky je 29 ° C.

Skutočnosť: Koeficient prenosu tepla konvekciou v tomto prípade je 6 W/m². ° C

Riešenie

Osoba môže prenášať teplo do vzduchu, ktorý ho obklopuje, pretože je v pohybe pri fúkaní vánku. Ak chcete nájsť rýchlosť prenosu DQ/DT, hodnoty v Newtonovej rovnici pre chladenie sa jednoducho vymenia:

Môže vám slúžiť: skalárna veľkosť: z čoho pozostáva, charakteristiky a príklady

dq/dt = 6 w/m². ° C x 1.6 m² X (29 ° C - 20 ° C) = 86.4 w.

Konvekčné príklady

Zahrejte ruky v ohni

Je bežné zohriať vaše ruky priblížením sa k ohňu alebo horúcim hriankovačom, pretože vzduch obklopujúci zdroj tepla sa zase zahrieva a rozširuje sa, stúpa, pretože je menej hustý. Pri cirkulácii sa tento horúci vzduch obalí a zahrieva vaše ruky.

Obrázok 3. Jedným zo spôsobov, ako zohriať vaše ruky, je cez konvekčný prúd, ktorý vznikol vo vzduchu ohňom

Prúdenie vzduchu na pobreží

Na pobreží je more chladnejšie ako Zem, takže vzduch na zemi sa zahrieva a stúpa, zatiaľ čo najchladnejší príde a je založený v priestore, ktorý zanechal tento druhý, keď stúpal.

Toto sa volá konvekcia A to je dôvod, prečo sa cíti chladnejší, keď sa pozrie na more a vánok fúka na jeho tvár v horúcom dni. V noci sa vyskytuje naopak, čerstvý vánok pochádza z krajiny.

Vodný cyklus

Prirodzená konvekcia sa vyskytuje vo vzduchu oceánskeho pobrežia pomocou hydrologického cyklu, v ktorom sa voda zahrieva a odparuje vďaka slnečnému žiareniu. Vodná pary tak vytvorili, ochladzuje a kondenzuje oblaky, ktorých masy sa zvyšujú a stúpajú konvekciou.

Zvýšením veľkosti kvapiek vody prichádza čas, keď je voda vyzrážaná vo forme dažďov, tuhých alebo kvapaliny, v závislosti od teploty.

Varte vodu v nádobe

Keď je voda umiestnená do čajníka alebo panvicu, vrstvy najprv sa zahrievajú najprv, pretože plameň alebo teplo rohu je bližšie. Potom sa voda rozširuje a jej hustota klesá, a preto stúpa a chladnejšia voda sa nachádza na spodku nádoby.

Môže vám slúžiť: Mechanická energia: vzorce, koncept, typy, príklady, cvičenia Obrázok 4. Konvekčná voda ohrievanie. Zdroj: Wikimedia Commons. Používateľ: Oni lukos/cc By-SA (http: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/).

Týmto spôsobom všetky vrstvy cirkulujú rýchlo a všetka hmotnosť vody sa zahrieva. Toto je dobrý príklad monitorovania.

Tvorba vetra

Konvekcia vo vzduchových masách spolu s pohybom rotácie zeme vytvára vetry, pretože studený vzduch sa pohybuje a cirkuluje pod horúcim vzduchom, čím vytvára rôzne prúdy nazývané prúdy konvekčných prúdov.

Oceánske prúdy

Voda sa správa podobne ako vzduch v atmosfére. Teplejšie vody sú takmer vždy blízko povrchu, zatiaľ čo najchladnejšie vody sú hlbšie.

Efekt dinamo

Vyskytuje sa v roztavenom jadre vnútra planéty, kde sa kombinuje s pohybom rotácie Zeme a vytvára elektrické prúdy, ktoré vedú k vzniku Magnetického poľa Zeme.

Prenos energie vo vnútri hviezd

Hviezdy ako slnko sú obrovské plynové gule. Konvekcia je tam efektívnym mechanizmom transportu energie, pretože plynné molekuly majú dostatočnú slobodu na pohyb medzi oblasťami vo vnútri hviezd.

Konvekčné aplikácie

klimatizácie

Klimatizácia je umiestnená v blízkosti strechy miestností, takže chladený vzduch, ktorý je hustejší, rýchlo zostupuje a ochladí bližšie k zemi.

Tepelné výmenníky

Je to zariadenie, ktoré umožňuje prenos tepla z jednej tekutiny do druhej a je to princíp prevádzky klimatizačných zariadení a napríklad mechanizmy chladenia motora automobilu.

Tepelné izolátory v stavebníctve

Vyrábajú sa kombináciou dosiek izolačného materiálu a pridaním vzduchových bublín vo vnútri.

chladiace veže

Tiež sa nazývajú chladiace veže, slúžia na zlikvidovanie tepla vyrobených jadrovými centralmi, ropnými rafinériami a inými rôznymi priemyselnými zariadeniami, namiesto toho, aby to robili na pristátie alebo vodu.

Odkazy

1. Giambattista, a. 2010. Fyzika. Druhý. Edimatizovať. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Jazda, konvekcia a žiarenie. Získané z: Eltamiz.com.
3. Natahenoo. Tepelné aplikácie. Získané z: Cinehenao.Slovník.com.
4. Serway, r. Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 1. 7. Edimatizovať. Učenie sa.
5. Wikipedia. Konvekcia. Zdroj: In.Wikipedia.orgán.
6. Wikipedia. Konvekcia. Získané z: studeného.Wikipedia.orgán.