Convectie

Figuur 1. Een verblijf koelt de deur, omdat de hete lucht (rode pijl) en minder dichte opstijgt en eraan ontsnapt. Bron: Wikimedia Commons. GenieClimatique/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)

Wat is convectie?

De convectie Het is een van de drie mechanismen waarin warmte wordt overgebracht van een heter gebied naar een koudere. Het vindt plaats vanwege de beweging van de massa van een vloeistof, die vloeibaar of een gas kan zijn. In elk geval is een materiaalmedium altijd vereist zodat dit mechanisme kan worden gegeven.

Hoe sneller de beweging van de vloeistof in kwestie, hoe sneller de thermische energieoverdracht zal zijn tussen gebieden van verschillende temperatuur. Dit gebeurt continu met atmosferische luchtmassa's: onomwonden is verantwoordelijk voor de heetste en minder dichte oplopende terwijl de koudste en dichte achteruitgang.

Een voorbeeld hiervan is de gesloten kamer van de afbeelding, die hieronder meteen cool is.

Soorten convectie

Natuurlijke en gedwongen convectie

Figuur 2. Voorbeelden van gedwongen convectie en natuurlijke convectie. Bron: Cengel, en. Thermodynamica.

Convectie kan natuurlijk of geforceerd zijn. In het eerste geval beweegt de vloeistof vanzelf, zoals bij het openen van de deur van de kamer, terwijl het in de tweede wordt gedwongen door een ventilator of een pomp, bijvoorbeeld.

Verspreiding en monitoring

Er kunnen ook twee varianten zijn: diffusie En Steun. In de diffusie bewegen vloeistofmoleculen min of meer willekeurig en is warmtetransmissie traag.

Aan de andere kant wordt in de start een goede hoeveelheid vloeistofdeeg verplaatst, die kan worden bereikt door de convectie met een fan te dwingen, bijvoorbeeld. Maar het voordeel van de start is dat het veel sneller is dan de diffusie.

Kan u van dienst zijn: hoeksnelheid: definitie, formule, berekening en oefeningen

Hoe wordt de warmte overgedragen door convectie?

Een eenvoudig wiskundig wiskundig model voor convectiewarmteoverdracht is de koelwet van Newton. Overweeg een warm oppervlak A, omgeven door koudere lucht, zodat het temperatuurverschil klein is.

Laten we noemen dat de hitte tegelijkertijd en T. De snelheid waarmee de warmte wordt overgebracht, is DQ/DT of afgeleid van de functie Q (T) ten opzichte van de tijd.

Omdat warmte thermische energie is, zijn de eenheden in het internationale systeem Joules (J), daarom komt de overdrachtssnelheid in Joules/Second, wat Watts of Watts (W) zijn.

Deze snelheid is recht evenredig met het temperatuurverschil tussen het hot en het medium, aangeduid als AT en ook naar het oppervlak NAAR van het object:

Δt = objectoppervlaktemperatuur - temperatuur weg van het object

De evenredigheidsconstante wordt genoemd H, Dat is de convectie warmtetransmissiecoëfficiënt en wordt experimenteel bepaald. De eenheden in het International System (SI) zijn W/M². K, maar het is gebruikelijk om het te vinden in termen van Celsius of Celsius -graden.

Het is belangrijk op te merken dat deze coëfficiënt geen vloeibare eigenschap is, omdat deze afhankelijk is van verschillende variabelen, zoals oppervlaktegeometrie, vloeistofsnelheid en andere kenmerken.

Door al het bovenstaande te combineren, verwerft de koelwet van Wathematic Newton deze vorm:

dq/dt = ha Δt

Toepassing van de koelwet van Newton

Een persoon staat in het midden van een kamer 20 ° C, waardoor een licht briesje blaast. Wat is de warmtetarief die de persoon door convectie naar het milieu overbrengt? Ga ervan uit dat het blootgestelde oppervlak 1 is.6 m² en de oppervlaktetemperatuur van de huid is 29 ºC.

Feit: De warmteoverdrachtscoëfficiënt door convectie in dit geval is 6 w/m². ºC

Oplossing

De persoon kan warmte overbrengen naar de lucht eromheen, omdat deze in beweging is bij het blazen van de wind. Om de DQ/DT -overdrachtssnelheid te vinden, worden de waarden in de Newton -vergelijking voor koeling eenvoudig vervangen:

Het kan u van dienst zijn: Scalaire magnitude: waar het uit bestaat, kenmerken en voorbeelden

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

Convectievoorbeelden

Verhit je handen in een vuur

Het is gebruikelijk om je handen te verwarmen door een brand of hete broodrooster te naderen, omdat de lucht rond de warmtebron op zijn beurt wordt verwarmd en uitsteekt, omdat het minder dicht is. Terwijl hij circuleert, wikkelt deze hete lucht je handen en verwarmt.

figuur 3. Een manier om uw handen te verwarmen is door de convectiestroom die door het vuur in de lucht is ontstaan

Luchtstroom aan de kust

Aan de kust is de zee kouder dan de aarde, dus de lucht op de aarde wordt verwarmd en stijgt, terwijl de koudste aankomt en wordt gevestigd in de ruimte die door deze andere is achtergelaten bij het stijgen.

Dit heet convectiecel En het is de reden waarom hij zich koeler voelt als hij naar de zee kijkt en de bries op een warme dag tegen zijn gezicht waait. 'S Nachts komt het er integendeel voor, de frisse bries komt uit het land.

De Water cyclus

Natuurlijke convectie vindt plaats in de lucht van de oceanische kust, met behulp van de hydrologische cyclus, waarin water wordt verwarmd en verdampt dankzij zonnestraling. Waterdamp wordt aldus gevormd, koelt en condenseert het vormen van wolken, waarvan de massa toenemen en stijgen door convectie.

Door de grootte van de waterdruppels te vergroten, komt er een tijd waarin het water wordt neergeslagen in de vorm van regen, vaste stof of vloeistof, afhankelijk van de temperatuur.

Kook water in een container

Wanneer het water in de theepot of de steelpan wordt geplaatst, worden de lagen die het dichtst bij de bodem liggen eerst verwarmd, omdat de vlam of hitte van de hoorn dichterbij is. Dan neemt het water uit en neemt de dichtheid af, daarom stijgt en het koudere water neemt zijn plaats in op de bodem van de container.

Kan u van dienst zijn: mechanische energie: formules, concept, typen, voorbeelden, oefeningen Figuur 4. Convectie waterverwarming. Bron: Wikimedia Commons. Gebruiker: Oni Lukos/CC BY-SA (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/).

Op deze manier circuleren alle lagen snel en wordt alle massa water verwarmd. Dit is een goed voorbeeld van monitoring.

Wind Generatie

De convectie in de luchtmassa's, samen met de aardrotatiebeweging, produceert winden, omdat de koude lucht beweegt en onder de hete lucht circuleert, waardoor verschillende stromen worden gecreëerd die stromen van convectiestromen worden genoemd.

Oceanische stromingen

Water gedraagt ​​zich vergelijkbaar met hoe de lucht het doet in de atmosfeer. Het warmere water is bijna altijd dicht bij het oppervlak, terwijl het koudste water dieper is.

Dinamo -effect

Het komt voor in de gesmolten kern van het binnenland van de planeet, waar het wordt gecombineerd met de rotatiebeweging van de aarde, waardoor elektrische stromen worden gegenereerd die aanleiding geven tot het magnetische veld van de aarde.

Energietransmissie in de sterren

Sterren zoals de zon zijn enorme gapen. Convectie is daar een efficiënt energietransportmechanisme, omdat gasvormige moleculen voldoende vrijheid hebben om te bewegen tussen gebieden in de sterren.

Convectietoepassingen

airconditioners

De airconditioning wordt geplaatst in de buurt van het dak van de kamers, zodat de gekoelde lucht, die dichter is, dichter bij de grond afvalt en koelt.

Warmtewisselaars

Het is een apparaat dat de transmissie van warmte van de ene vloeistof naar de andere mogelijk maakt en het werkingsprincipe van de airconditioners en de motorstoelmechanismen van de auto, bijvoorbeeld, bijvoorbeeld.

Thermische isolatoren in constructies

Ze worden gemaakt door platen van isolatiemateriaal te combineren en luchtbellen binnenin toe te voegen.

koeltorens

Ook wel koeltorens genoemd, ze dienen om warmte weg te gooien die worden geproduceerd door nucleaire centrale, olieraffinaderijen en andere diverse industriële voorzieningen, in plaats van te doen om te landen of water.

Referenties

1. Giambattista, een. 2010. Natuurkunde. 2e. ED. McGraw Hill.
2. Gómez, E. Rijden, convectie en straling. Hersteld van: Eltamiz.com.
3. Natahenoo. Warmtoepassingen. Hersteld van: Cinehenao.WordPress.com.
4. Serway, r. Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 1. 7e. ED. Cengage leren.
5. Wikipedia. Convectie. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg.
6. Wikipedia. Thermique convectie. Hersteld van: koud.Wikipedia.borg.