КОНВЕКЦИЈА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ПРИМЕРИ, ПРИМЕНЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Цонвецтион је једна од три механизама који се топлота пренета из једне зоне у другу топлије хладњака. Догоди се због кретања масе течности, која може бити течност или гас. У сваком случају, за овај механизам је увек потребан материјални медиј.

Што је брже кретање предметне течности, бржи је пренос топлотне енергије између зона различитих температура. То се догађа непрекидно код атмосферских маса ваздуха: уздржаност осигурава да се топлије и мање густе дижу, док хладније и гушће спуштају.

Слика 1. Простор се хлади отварањем врата, јер се врући ваздух (црвена стрелица) и мање густ диже и излази из њега. Извор: Викимедиа Цоммонс. Гениецлиматикуе / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0)

Пример за то је затворена соба на слици, која се одмах освежава чим се отворе врата или прозори, јер топли ваздух изнутра излази чак и кроз пукотине, препуштајући се свежем ваздуху извана који остаје више доле.

Врсте конвекције

Природна и присилна конвекција

Слика 2. Примери присилне конвекције и природне конвекције. Извор: Ценгел, И. Термодинамика.

Конвекција може бити природна или присилна. У првом случају, течност се креће сама од себе, као што је случај када се отварају врата у соби, док је у другом, на пример, вентилатор или пумпа.

Дифузија и адвекција

Такође могу бити две варијанте: дифузија и адвекција. У дифузији се молекули течности крећу мање или више насумично, а пренос топлоте је спор.

Супротно томе, адвекцијом се креће добра количина течне масе, што се може постићи, на пример, конвекцијом помоћу вентилатора. Али предност адвекције је у томе што је много бржа од дифузије.

¿

Једноставни математички модел конвективног преноса топлоте је Невтонов закон хлађења. Узмите у обзир топлу површину подручја А, окружену хладнијим ваздухом, тако да је разлика у температури мала.

Назовимо топлоту која се преноси К и време т. Брзина којом се преноси топлота је дК / дт или се изводи из функције К (т) у односу на време.

Будући да је топлота топлотна енергија, његове јединице у Међународном систему су џулови (Ј), па брзина преноса долази у џулима / секунди, што су вати или вати (В).

Ова брзина је директно пропорционална разлици температуре између врућег објекта и медијума, која се означава као ΔТ, а такође и површине А објекта:

Константа пропорционалности назива се х, која је коефицијент преноса топлоте конвекцијом и одређује се експериментално. Његове јединице у Међународном систему (СИ) су Ш / м ² . К, али уобичајено је да га налазимо у степени Целзијуса или Целзијуса.

Важно је напоменути да овај коефицијент није својство флуида, јер зависи од више променљивих, као што су геометрија површине, брзина течности и друге карактеристике.

Комбинујући све горе наведено, математички Невтон-ов закон хлађења поприма овај облик:

Примена Невтоновог закона хлађења

Особа стоји усред собе од 20 ° Ц кроз коју дува лак ветар. Колика је количина топлоте коју човек конвекцијом преноси у околину? Претпоставимо да је површина изложене површине 1.6 м ^2, а површинска температура коже 29 ºЦ.

Чињеница : коефицијент преноса топлоте конвекције у овом случају је 6 В / м ² . ºЦ

Решење

Особа може преносити топлоту ваздуху око себе, јер је у покрету када дува ветар. Да бисте пронашли брзину преноса дК / дт, једноставно повежите вредности у Невтонову једначину ради хлађења:

дК / дт = 6 В / м ² . ºЦ к 1,6 м ² к (29 ºЦ - 20 ° Ц) = 86,4 В.

Примери конвекције

Загријте руке око логорске ватре

Уобичајено је да загрејете руке тако што ћете их приближити логорској ватри или топлом тостеру, јер се ваздух око извора топлоте заузврат загрева и шири, подижући се јер је мање густ. Док циркулише, овај топли ваздух вас обавија и греје руке.

Слика 3. Један од начина загревања руку је кроз конвекцијску струју коју ствара у ваздуху ватра. Извор: Пкфуел.

Проток ваздуха на обали

На обали је море хладније од копна, па се зрак изнад копна загријава и диже, док хладнији зрак допире и насељава се у простору који је овај други оставио приликом успона.

То се назива конвекцијском ћелијом и разлог је зашто се осећа хладније када гледате у море и ветар дува по вашем лицу врућег дана. Ноћу се догоди супротно, с ветра пуше прохладни ветар.

Водени циклус

Природна конвекција догађа се у ваздуху океанских обала, кроз хидролошки циклус у коме се вода загрева и испарава захваљујући сунчевом зрачењу. Тако водена пара формира се, хлади и кондензује у облаке, чија се маса повећава и повећава конвекцијом.

Како се величина капљица воде повећава, долази време када вода пада у облику кише, чврсте или течне, у зависности од температуре.

Врелу воду прокувајте у контејнеру

Када се вода стави у чајник или лонац, прво се загреју слојеви најближи дну, пошто је пламен или топлота из горионика најближи. Тада се вода шири и густоћа јој се смањује, па се подиже и хладнија вода заузима своје место на дну посуде.

Слика 4. Грејање воде конвекцијом. Извор: викимедиа Цоммонс. Корисник: Они Лукос / ЦЦ БИ-СА (хттп://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0/).

На овај начин сви слојеви брзо циркулишу и цело тело се загрева. Ово је добар пример адвекције.

Генерација ветра

Конвекција у ваздушним масама, заједно са ротационим кретањем Земље, производи ветрове, док се хладни ваздух креће и циркулише испод врућег ваздуха, стварајући разне струје које се називају конвекцијске струје.

океанске струје

Вода се понаша слично као ваздух у атмосфери. Топлије воде су готово увек близу површине, док су хладније воде дубље.

Динамо ефекат

Јавља се у растаљеном језгру унутар планете, где се комбинује са Земљиним ротационим кретањем, стварајући електричне струје које потичу Земљино магнетно поље.

Пренос енергије унутар звезда

Звезде попут Сунца су огромне сфере гаса. Конвекција је тамо ефикасан механизам транспорта енергије, јер гасовити молекули имају довољну слободу да се крећу између подручја унутрашњости звезда.

Примене конвекције

клима уређаји

Клима уређај се поставља близу плафона просторија, тако да се охлађени ваздух, који је гушћи, спушта и хлади ближе поду.

Измењивачи топлоте

То је уређај који омогућава пренос топлоте из једне течности у другу и на пример је принцип рада клима уређаја и расхладних механизама аутомобилског мотора.

Топлотни изолатори у зградама

Израђују се комбиновањем листова изолационог материјала и додавањем мехурића ваздуха унутра.

расхладни торњеви

Названи "расхладним торњевима", служе за одлагање топлоте коју производе нуклеарне електране, рафинерије нафте и други разни индустријски објекти у ваздух, уместо у земљу или у воду.

Референце

1. Гиамбаттиста, А. 2010. Физика. 2нд. Ед МцГрав Хилл.
2. Гомез, Е. Провод, конвекција и зрачење. Опоравак од: елтамиз.цом.
3. Натахенао. Примена топлоте. Опоравак од: натахенао.вордпресс.цом.
4. Серваи, Р. Физика за науку и инжењерство. Том 1. 7тх. Ед. Ценгаге Леарнинг.
5. Википедиа. Конвекција. Опоравак од: ен.википедиа.орг.
6. Википедиа. Конвекцијски термик. Опоравак од: фр.википедиа.орг.