Convectie warmteoverdracht (met voorbeelden)

De Warmteoverdracht door convectie Het komt voor door de beweging van een vloeistof, die gas of vloeistof kan zijn. Naarmate de dichtheid afneemt naarmate de temperatuur toeneemt, stijgen de heetste vloeistofmassa's, terwijl de koudste delen afdalen. Op deze manier is er een vloeibare massa -beweging, waardoor warmte van de ene plaats naar de andere wordt getransporteerd.

Dit is het kenmerk dat de convectie van rijden en straling onderscheidt, omdat er bij convectie altijd een netto massa verplaatsing is. Aan de andere kant heeft straling geen materiaalmedium nodig om zich te verspreiden en in termen van het besturen van transmissie, is het te wijten aan opeenvolgende botsingen tussen atomen en moleculen, zonder de netto beweging van materie.

Op het niveau van de atmosfeer en de oceanen is het echter gemakkelijk voor verplaatsingen van grote lucht- en watermassa's om op te treden. Dat is de reden waarom convectie het overheersende energieoverdrachtsmechanisme in deze media is, en is het dat grotendeels het klimaat van de aarde bepaalt.

In een thuiskeuken kunt u de warmteoverdrachtsmechanismen nauw zien. Leg gewoon water in een pan in een pan. Het vloeiende gedeelte dat zich het dichtst bij de vlam van de Hornilla bevindt, wordt verwarmd, de dichtheid neemt af en stijgt. De plaats wordt bezet door kouder water, dat naar de bodem afdaalt.

[TOC]

Soorten convectie

Wanneer een vloeistofgedeelte wordt verwarmd, bewegen de moleculen sneller en vertrekken ze van elkaar af. Om die reden wordt de vloeistof bij een hogere temperatuur minder dicht en kan hij opstaan ​​door flotatie, waardoor de hitte ermee wordt gedragen.

Dan neemt een koudere vloeistofmassa de plaats in die wordt achtergelaten door deze stijgende moleculen en deze continue uitwisseling genereert de oproepen convectiestromen.

Dit kan op twee manieren worden bereikt: door natuurlijke (vrije) convectie of door gedwongen convectie. Evenzo zijn beide vormen van convectie aanwezig in centrale verwarmingssystemen of zonne -energiecentrales.

Kan u dienen: Biofysica: geschiedenis, welke studies, toepassingen, concepten, methoden

Vervolgens bestaat elk uit:

Natuurlijke en gedwongen convectie

In dit mechanisme stromt warmte alleen dankzij het feit dat het temperatuurverschil in de vloeistof in kwestie. Zonder zwaartekracht is er geen natuurlijke convectie.

Er is een eenvoudig experiment in het laboratorium dat het mogelijk maakt om deze natuurlijke convectiestromen te visualiseren wanneer ze in water worden gevormd.

Een gevouwen glazen buis is vereist in vierkante of rechthoekige vorm en een kleurstof die stijgende stromen zichtbaar maakt. Dit is meestal kaliumpermanganaat, dat violet water of druppels van een soort inkt verven.

Nu een van de onderste hoeken van de pijp en de dichtheid van het watergedeelte die net op de vlam staat, neemt af en stijgt, worden vervangen door een meer koud watergedeelte van water.

Eenvoudig experiment om te illustreren hoe convectiestromen in water worden gevormd. Bron: f. Zapata.

Dit continue uitwisselingsproces tussen koud en heet water genereert een convectiestroom die in strijd is met de klok, die wordt waargenomen dankzij de violette kleurstof, zoals weergegeven in de bovenste figuur.

De te circuleren vloeistof kan ook worden gedwongen om warmte uit te zenden, in plaats van convectiestromen op natuurlijke wijze te laten optreden vanwege het verschil in dichtheden.

Wanneer de convectie optreedt dankzij externe middelen die de vloeistof aandrijven, zoals een ventilator of een pomp, is het gedwongen convectie. De vloeistof kan worden gedwongen om door een pijp te stromen, zoals in de centrale verwarmingssystemen van de huizen, de radiator van een auto of in een meer open ruimte, dankzij een Aspas -ventilator.

Kan u van dienst zijn: Lenz Law: Formule, Vergelijkingen, Toepassingen, Voorbeelden

Convectie Warmteoverdrachtsvoorbeelden

Centrale verwarmingssystemen

Het centrale verwarmingssysteem in een huis maakt gebruik van warmteoverdracht door convectie in het water.

Hiervoor moet je heet water circuleren door pijpen onder de vloer, van een centrale ketel. Op deze manier overbrengt het water warmte naar de radiatoren of verwarming en hiervan passeert de warmte naar de kamers, terwijl het koude water opnieuw terugkeert naar de verwarmingsketel om de cyclus te herhalen.

Zoals te zien is, zijn zowel natuurlijke als geforceerde convectie aanwezig in het centrale verwarmingsmechanisme.

Radiatoren, kachels en schoorstenen

Warmtebronnen zoals radiatoren verwarmen de lucht die hen omringt en deze stijgt, terwijl de lucht uit het bovenste deel afdaalt, waardoor convectieve luchtstromen in de warme kamer worden gegenereerd.

Cook: Kook en bak

Wanneer het water in deze pot wordt verwarmd, overheerst de warmteoverdracht door convectie

Elke keer dat voedsel wordt gekookt in water of ondergedompeld in frituren olie, worden ze gekookt door warmte overgebracht door convectie.

In pasteurisatie worden melk en ander vloeibaar voedsel gedurende bepaalde perioden verwarmd tot hoge temperaturen, volgens de gebruikte pasteurisatievariant. Dit wordt gedaan om bacteriën te elimineren en de duurzaamheid van het product te verhogen.

Convectie is in deze gevallen het belangrijkste warmteoverdrachtsmechanisme, hoewel andere mechanismen, zoals rijden, niet zijn uitgesloten.

De winden

Convectiestromen in de atmosfeer veroorzaken wind. Deze stromen worden gevormd vanwege vele factoren, waaronder het feit dat het oppervlak van de aarde ongelijk wordt verwarmd.

Gedurende de dag wordt het strand bijvoorbeeld meer dan zeewater opgewarmd, dus de flotatie laat de lucht bovenop het strand vragen en de koudste lucht, die vanuit de zee aankomt, bezet zijn plaats.

Het kan u van dienst zijn: theorie van de oerknal: kenmerken, fasen, bewijs, problemen

Maar 's nachts vindt het proces omgekeerd plaats, omdat het strand sneller warmte verliest dan het warmere water en lucht naar de zee gaat. Dat is de reden waarom in een nachtclub op het strand de rook naar de zee beweegt, terwijl als het vuur overdag wordt gemaakt, de rook naar de grond beweegt.

Het magnetische veld van de aarde

De aarde is samengesteld uit lagen en de kern heeft een buitenlaag, bij hoge temperatuur, die niet is gestold. De beweging van de planeet creëert convectiestromen in deze vloeistof, waarvan wordt aangenomen dat het verantwoordelijk is voor het magnetische veld van de aarde.

Magnetische velden zijn te wijten aan de aanwezigheid van bewegende elektrische belastingen. De ionen en geladen deeltjes aanwezig in de externe kern zijn in staat om dit veld te genereren, omdat de planetaire bewegingen dergelijke deeltjes een gedrag hebben dat vergelijkbaar is met dat van kleine bochten (gesloten circuits) van stroom.

Wetenschappers hebben een verband gevonden tussen de intensiteit van het magnetische veld en de rotatiesnelheid van de planeet. Er wordt aangenomen dat het zwakke magnetische veld van Venus te wijten is aan het feit dat de rotatiesnelheid minder is dan die van Jupiter, wiens magnetisch veld veel intenser is.

Referenties

1. Giambattista, een. 2010. Natuurkunde. 2e. ED. McGraw Hill.
2. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. 6e. Ed Prentice Hall.
3. Hewitt, Paul. 2012. Conceptuele fysieke wetenschap. 5e. ED. Pearson.
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14e. ED. Deel 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. 2008. Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 1. 7e. ED. Cengage leren.
6. Tippens, p. 2011. Fysica: concepten en toepassingen. 7e editie. McGraw Hill.