Konwekcja grzegorz Flis

1. Konwekcjagrzegorz Flis ITR

2. Konwekcja – proces przekazywania ciepła związany z makroskopowym ruchem materii w płynie; gazie, cieczy bądź plazmie, np. powietrzu, wodzie, plazmie gwiazdowej. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła. Ruch ten precyzyjniej nazywa się prądem konwekcyjnym.

3. Konwekcja jako procesWyróżnia się:Konwekcję swobodną – ruch płynu jest wywołany różnicami gęstości wywołanymi konwekcją.Konwekcję wymuszoną – występuje ruch płynu nie wynikający z konwekcji, wywoływany przez czynniki zewnętrzne urządzenia wentylacyjne, wiatr itp.W układach fizycznych często występuje konwekcja mieszana, będącą złożeniem obu typów konwekcji. Ilość przekazanego ciepła przez konwekcję zależy od szybkości ruchu płynu, dlatego w celu zwiększenia przekazywania ciepła w komputerach, chłodnicach samochodowych itp. stosuje się wentylatory zwiększające prędkość przepływu powietrza. Rysunek przedstawia rozkład temperatury wywołany konwekcją (czerwień - wyższa temperatura, niebieski - niższa) uzyskany jako symulacja komputerowa. Gorące, lżejsze położone niżej warstwy tworzą pióropusze gorącej materii, podobnie chłodniejszy materiał z góry przenosi się w dół. W symulacji przyjęto parametry substancji takie jak konwekcji w płaszczu Ziemi.

4. Prąd konwekcyjny Każda konwekcja wynika z istnienia prądu konwekcyjnego. W konwekcji naturalnej prąd ten powodowany różnicą gęstości pomiędzy obszarami o różnej temperaturze w płynie. W stanie stacjonarnym prądy konwekcyjne tworzą zamknięte pętle - komórki konwekcyjne. Komórka konwekcyjna, w danych warunkach (różnicy temperatur, lepkości płynu) ma pewne minimalne rozmiary. Jeżeli objętość, w której znajduje się płyn, jest mniejsza od minimalnego rozmiaru komórki konwekcyjnej, wówczas prąd konwekcyjny nie powstaje i zjawisko konwekcji nie zachodzi. Efekt ten ma kluczowe znaczenie w konstruowaniu materiałów izolacyjnych, w których występują przestrzenie wypełnione powietrzem.Przykłady ruchów konwekcyjnych:gorące gazy unoszące się do góry nad płomieniemśreżoga – rozedrgane powietrze tworzące wrażenie mgły w gorący i upalny dzień (np. nad rozgrzanym asfaltem)delikatny ruch wody podczas podgrzewania (widoczny w naczyniu jako ruszająca się delikatna "mgiełka").Prądy konwekcyjne w atmosferze są przyczyną powstawania niektórych rodzajów chmur (gł. chmur kłębiastych: cumulus i cumulonimbus). Powstawanie komórek konwekcyjnych

5. Konwekcja ciepłaPowietrze w pokoju ogrzewa się od rozgrzanego pieca lub grzejnika kaloryfera. Najpierw ogrzewa się warstwa powietrza położonego blisko pieca lub grzejnika. Ogrzane powietrze rozszerza się, jego gęstość staje się mniejsza i unosi się ono do góry. Na jego miejsce wchodzi powietrze chłodne, które następnie także się ogrzewa i unosi do góry. Następuje krążenie (cyrkulacja) powietrza po pokoju; nosi ono nazwę prądów konwekcyjnych, a samo zjawisko powstawania prądów nosi nazwę konwekcji.Jeśli piec stoi przy ścianie naprzeciw okna to chłodne powietrze przesuwa się nad podłogą od okna do pieca, tam ogrzewa się i unosi do sufitu, a pod sufitem przesuwa się w stronę okna, tam ochładza się i opada ku dołowi. Temperatura w pokoju jest więc stale niższa nad podłogą, a wyższa pod sufitem, co jest niekorzystne.W przypadku ogrzewania pomieszczeń kaloryferem ustawionym pod oknem, prąd powietrza ciepłego unoszącego się znad kaloryfera oddziela pokój od powietrza ochłodzonego przychodzącego od strony okien. W pokoju jest więc bardziej wyrównana temperatura, ale powietrze zawiera mniej pary wodnej (jest bardziej suche) i konieczne jest nawilżanie.

6. Obecnie coraz szerzej stosuje się ogrzewanie podłogowe i następuje od dołu równomierne ogrzewanie całego pomieszczenia. Nie ma potrzeby ogrzewania powietrza pod oknem, bowiem nowe okna są szczelne i nie przewodzą ciepła.W piwnicy albo niezbyt głębokiej kopalni latem temperatura jest zdecydowanie niższa, niż na powierzchni. Ciepłe powietrze nie może się przecież przemieszczać w dół, a zimne do góry. Nie ma więc konwekcji, a to głównie dzięki niej następuje wymiana ciepła w gazach. Brak ruchu powietrza powoduje, że w piwnicach i sztolniach utrzymuje się wilgoć.Ciecz w naczyniu należy podgrzewać od spodu. Gdy podgrzewamy ją od spodu to następuje unoszenie cząsteczek ciepłej cieczy do góry i ogrzewa się cała objętość wody. Ogrzewanie górnej lub środkowej części naczynia spowoduje ogrzanie jedynie górnej części cieczy. W ciałach stałych konwekcja nie następuje, ponieważ cząsteczki nie poruszają się ruchem postępowym.W gorących krajach ludzie noszą luźne, bawełniane stroje. Gorące powietrze nie dociera wówczas do ich ciał dzięki warstwie powietrza pomiędzy skórą a ubraniem, a prądy konwekcyjne pod ubraniem odprowadzają rozgrzane ciepłe powietrze na zewnątrz.

7. Konwekcję ciepła spotykamy w przyrodzie. Nagrzana słońcem Ziemia jest bywa cieplejsza niż powietrze nad nią. Powietrze ogrzane przez Ziemię unosi się w górę, tworząc konwekcyjny prąd termiczny. Ptaki wykorzystują konwekcyjne prądy termiczne, krążąc w konwekcyjnym prądzie powietrza mogą się wznosić wyżej bez machania skrzydłami. W taki sam sposób korzystają z prądów konwekcyjnych piloci szybowców i lotni, aby zwiększyć wysokość lotu. Przykładem konwekcji są również prądy morskie. Przenoszą one ciepłe lub zimne masy wody i mają bardzo duży wpływ na klimat krain geograficznych.