Конвекционни течения 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 зона с по-висока енергия към една с по-ниска енергия.

Конвекцията е a пренос на топлина процес. 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 или Клетка Бенар.

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 конвекционни-дифузия уравнения, които са скаларни уравнения на транспорта.

• Можете да наблюдавате конвекционни токове във вода кипене в саксия. Просто добавете няколко грах 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 отново към дъното на тигана.
• Прост пример за конвекционни токове е топъл въздух, издигащ се към 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 поемат топлина, добавяйки към ефекта. Конвекционните течения са част от това, което движи глобалната циркулация на земната атмосфера.
• горене генерира конвекционни токове. Изключение е, че при изгарянето в среда с нулева гравитация липсва плавност, 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 токове във въздуха и морето водят до метеорологично време.
• 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 естествената радиоактивен разпад от елементи. 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.