Информация

Конвекционни течения в науката, какви са те и как работят

Конвекционни течения в науката, какви са те и как работят

Конвекционните токове са течаща течност, която се движи, защото има разлика в температурата или плътността в материала.

Тъй като частиците в твърдото вещество са фиксирани на място, конвекционните токове се наблюдават само в газове и течности. Разликата в температурата води до пренос на енергия от област на по-висока енергия към една с по-ниска енергия.

Конвекцията е процес на пренос на топлина. Когато се произвеждат токове, материята се премества от едно място на друго. Така че това също е процес на масов трансфер.

Нарича се конвекция, която се получава естествено естествена конвекция или безплатна конвекция, Ако течността се циркулира с помощта на вентилатор или помпа, тя се нарича принудителна конвекция, Клетката, образувана от конвекционни токове, се нарича a конвекционна клетка илиКлетка Бенар.

Защо те формират

Разликата в температурата кара частиците да се движат, създавайки ток. В газовете и плазмата температурната разлика също води до области с по-висока и по-ниска плътност, където атомите и молекулите се движат, за да запълнят области с ниско налягане.

Накратко, горещите течности се покачват, докато студените течности потъват. Освен ако не е наличен източник на енергия (например слънчева светлина, топлина), конвекционните токове продължават само докато се достигне равномерна температура.

Учените анализират силите, действащи върху течност, за да категоризират и разберат конвекцията. Тези сили могат да включват:

  • Земно притегляне
  • Повърхностно напрежение
  • Разлики в концентрацията
  • Електромагнитни полета
  • Вибрации
  • Образуване на връзка между молекулите

Конвекционните токове могат да бъдат моделирани и описани с помощта на конвекционно-дифузионни уравнения, които са скаларни уравнения на транспорта.

Примери за конвекционни токове и енергийна скала

  • Можете да наблюдавате конвекционни течения във вода, кипяща в саксия. Просто добавете няколко граха или парченца хартия, за да проследите текущия поток. Източникът на топлина в дъното на тигана загрява водата, като й дава повече енергия и кара молекулите да се движат по-бързо. Промяната в температурата влияе и на плътността на водата. Докато водата се издига към повърхността, част от нея има достатъчно енергия, за да избяга като пара. Изпаряването охлажда повърхността достатъчно, за да накара някои молекули да потънат обратно към дъното на тигана.
  • Прост пример за конвекционни токове е топъл въздух, издигащ се до тавана или таванското помещение на къща. Топлият въздух е по-малко плътен от хладния, така че се издига.
  • Вятърът е пример за конвекционен ток. Слънчевата или отразената светлина излъчва топлина, създавайки температурна разлика, която кара въздуха да се движи. Сянката или влажните зони са по-хладни или способни да абсорбират топлина, добавяйки към ефекта. Конвекционните течения са част от това, което движи глобалната циркулация на земната атмосфера.
  • Изгарянето генерира конвекционни токове. Изключението е, че при изгарянето в среда с нулева гравитация липсва плавателност, така че горещите газове естествено не се покачват, което позволява на свеж кислород да захрани пламъка. Минималната конвекция в нула-g причинява много пламъци да се задушат в собствените си продукти на горене.
  • Атмосферната и океанската циркулация са мащабното движение на въздуха и водата (хидросферата), съответно. Двата процеса работят съвместно един с друг. Конвекционните течения във въздуха и морето водят до времето.
  • Магмата в земната мантия се движи в конвекционни токове. Горещата сърцевина нагрява материала над нея, като го кара да се издигне към кора, където се охлажда. Топлината идва от интензивния натиск върху скалата, съчетан с енергията, освободена от естествения радиоактивен разпад на елементите. Магмата не може да продължи да се издига, така че се движи хоризонтално и потъва обратно надолу.
  • Ефектът от стека или коминният ефект описва конвекционни токове, движещи се газове през комини или димоотводи. Плавателността на въздуха вътре и извън сградата винаги е различна поради температурните и влажните разлики. Увеличаването на височината на сградата или стека увеличава степента на ефекта. Това е принципът, на който се основават охладителните кули.
  • Конвекционните токове се виждат на слънце. Гранулите, които се виждат във фотосферата на слънцето, са върховете на конвекционните клетки. В случай на слънце и други звезди, течността е плазма, а не течност или газ.


Гледай видеото: Сборник - Звезды и жизнь во Вселенной (Септември 2021).