Konveksi

Rajah 1. Penginapan menyejukkan pintu, kerana udara panas (anak panah merah) dan kurang naik dan melarikan diri daripadanya. Sumber: Wikimedia Commons. Genieclimatique/cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)

Apa itu perolakan?

The Konveksi Ia adalah salah satu daripada tiga mekanisme di mana haba dipindahkan dari kawasan yang lebih panas ke yang lebih sejuk. Ia berlaku kerana pergerakan jisim bendalir, yang boleh menjadi cecair atau gas. Walau apa pun, medium material selalu diperlukan supaya mekanisme ini dapat diberikan.

Semakin cepat pergerakan cecair yang dipersoalkan, semakin cepat pemindahan tenaga terma akan berada di antara kawasan yang berbeza. Ini berlaku secara berterusan dengan massa udara atmosfera: kebolehgunaan bertanggungjawab untuk menaik.

Contohnya ialah bilik tertutup imej, yang segera sejuk di bawah.

Jenis perolakan

Perolakan semula jadi dan paksa

Rajah 2. Contoh perolakan paksa dan perolakan semula jadi. Sumber: Cengel, dan. Thermodynamics.

Konvensional boleh menjadi semula jadi atau terpaksa. Dalam kes pertama, bendalir bergerak dengan sendirinya, seperti ketika membuka pintu bilik, sementara di tempat kedua ia dipaksa oleh kipas atau pam, sebagai contoh.

Penyebaran dan pemantauan

Terdapat juga dua varian: penyebaran dan Sokongan. Dalam penyebaran, molekul cecair bergerak lebih kurang secara rawak dan penghantaran haba lambat.

Sebaliknya, pada awalnya jumlah adunan bendalir yang baik dipindahkan, yang dapat dicapai dengan memaksa perolakan dengan kipas, sebagai contoh. Tetapi kelebihan awal adalah bahawa ia jauh lebih cepat daripada penyebaran.

Boleh melayani anda: kelajuan sudut: definisi, formula, pengiraan dan latihan

Bagaimana haba dipindahkan oleh perolakan?

Model matematik matematik yang mudah untuk pemindahan haba perolakan adalah undang -undang penyejuk Newton. Pertimbangkan kawasan permukaan panas A, dikelilingi oleh udara yang lebih sejuk, sehingga perbezaan suhu kecil.

Mari kita panggil bahawa haba dipindahkan dan t pada masa yang sama. Kadar di mana haba dipindahkan adalah dq/dt atau diperoleh dari fungsi q (t) berkenaan dengan masa.

Oleh kerana haba adalah tenaga terma, unit -unitnya dalam sistem antarabangsa adalah joules (j), oleh itu kadar pemindahan datang dalam joules/kedua, iaitu Watts atau Watts (W).

Kadar ini berkadar terus dengan perbezaan suhu antara panas dan medium, dilambangkan sebagai Δt dan juga ke kawasan permukaan Ke objek:

Δt = suhu permukaan objek - suhu jauh dari objek

Pemalar perkadaran dipanggil h, Itulah Koefisien penghantaran haba konveksi dan ditentukan secara eksperimen. Unitnya dalam Sistem Antarabangsa (SI) adalah w/m². K, tetapi biasa untuk menemuinya dari segi darjah Celsius atau Celsius.

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa pekali ini bukanlah harta bendalir, kerana ia bergantung kepada pelbagai pembolehubah, seperti geometri permukaan, kelajuan bendalir dan ciri -ciri lain.

Menggabungkan semua perkara di atas, undang -undang penyejukan Newton secara matematik memperoleh bentuk ini:

dq/dt = ha Δt

Permohonan Undang -undang Penyejukan Newton

Seseorang berdiri di tengah -tengah bilik 20 ° C, di mana sedikit angin bertiup. Berapakah kadar haba yang orang itu menghantar ke alam sekitar dengan perolakan? Menganggap bahawa kawasan permukaan yang terdedah adalah 1.6 m² dan suhu permukaan kulit adalah 29 ºC.

Fakta: Pekali pemindahan haba oleh perolakan dalam kes ini ialah 6 w/m². ºC

Penyelesaian

Orang itu boleh menghantar haba ke udara yang mengelilinginya, kerana ia bergerak ketika meniup angin. Untuk mencari kadar pemindahan DQ/DT, nilai dalam persamaan Newton untuk penyejukan hanya diganti:

Ia boleh melayani anda: magnitud skalar: apa yang terdiri daripada, ciri dan contoh

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

Contoh perolakan

Panaskan tangan anda dalam api

Adalah biasa untuk memanaskan tangan anda dengan menghampiri api atau pemanggang panas, kerana udara yang mengelilingi sumber haba dipanaskan dan berkembang, meningkat kerana ia kurang padat. Semasa beredar, udara panas ini membungkus dan memanaskan tangan anda.

Rajah 3. Salah satu cara untuk memanaskan tangan anda adalah melalui arus perolakan yang berasal dari udara dengan api

Aliran udara di pantai

Di pantai, laut lebih sejuk daripada bumi, jadi udara di bumi dipanaskan dan naik, sementara yang paling sejuk tiba dan ditubuhkan di ruang yang ditinggalkan oleh yang lain ketika naik.

Ini dipanggil sel perolakan Dan itulah sebabnya mengapa dia berasa lebih sejuk ketika melihat laut dan angin bertiup melawan wajahnya pada hari yang panas. Pada waktu malam ia berlaku sebaliknya, angin segar datang dari darat.

Kitaran air

Konveksi semulajadi berlaku di udara pantai lautan, menggunakan kitaran hidrologi, di mana air dipanaskan dan disejat terima kasih kepada sinaran solar. Wap air itu terbentuk naik, menyejukkan dan memeluk awan, yang massa meningkat dan naik oleh perolakan.

Dengan meningkatkan saiz air titisan, terdapat masa apabila air dicetuskan dalam bentuk hujan, pepejal atau cecair, bergantung pada suhu.

Rebus air di dalam bekas

Apabila air diletakkan di teko atau periuk, lapisan yang paling dekat dengan bahagian bawah dipanaskan terlebih dahulu, kerana api atau panas tanduk lebih dekat. Kemudian air berkembang dan ketumpatannya berkurangan, oleh itu naik dan air sejuk mengambil tempatnya di bahagian bawah bekas.

Boleh melayani anda: Tenaga mekanikal: formula, konsep, jenis, contoh, latihan Rajah 4. Pemanasan air perolakan. Sumber: Wikimedia Commons. Pengguna: Oni Lukos/CC By-SA (http: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0/).

Dengan cara ini semua lapisan beredar dengan cepat dan semua jisim air dipanaskan. Ini adalah contoh pemantauan yang baik.

Generasi Angin

Konvensional di udara, bersama -sama dengan pergerakan putaran bumi menghasilkan angin, kerana udara sejuk bergerak dan beredar di bawah udara panas, mewujudkan pelbagai arus yang disebut arus arus perolakan.

Arus lautan

Air berkelakuan serupa dengan cara udara di atmosfera. Perairan yang lebih panas hampir selalu dekat dengan permukaan, sementara perairan yang paling sejuk lebih mendalam.

Kesan dinamo

Ia berlaku di dalam nukleus cair di pedalaman planet ini, di mana ia digabungkan dengan pergerakan putaran bumi, menghasilkan arus elektrik yang menimbulkan medan magnet bumi.

Penghantaran tenaga di dalam bintang

Bintang seperti matahari adalah sfera gas yang besar. Konvensional adalah mekanisme pengangkutan tenaga yang cekap di sana, kerana molekul gas mempunyai kebebasan yang cukup untuk bergerak di antara kawasan di dalam bintang.

Permohonan perolakan

penghawa dingin

Penghawa dingin diletakkan berhampiran bumbung bilik, sehingga udara yang disejukkan, yang lebih padat, turun dan sejuk lebih dekat ke tanah dengan cepat.

Penukar haba

Ia adalah peranti yang membolehkan penghantaran haba dari satu cecair ke yang lain dan merupakan prinsip operasi penghawa dingin dan mekanisme penyejukan motor kereta, sebagai contoh.

Penebat haba di bawah pembinaan

Mereka dibuat dengan menggabungkan plat bahan penebat dan menambah gelembung udara di dalamnya.

menara penyejuk

Juga dipanggil menara penyejuk, mereka berfungsi untuk membuang haba yang dihasilkan oleh sentral nuklear, kilang minyak dan kemudahan perindustrian yang lain, bukannya berbuat demikian ke tanah atau air.

Rujukan

1. GiMbattista, a. 2010. Fizik. 2. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, e. Memandu, perolakan dan radiasi. Pulih dari: eltamiz.com.
3. Natahenoo. Aplikasi haba. Pulih dari: Cinehenao.WordPress.com.
4. Serway, r. Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. Ke -7. Ed. Pembelajaran Cengage.
5. Wikipedia. Konveksi. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Konveksi Thermique. Pulih dari: sejuk.Wikipedia.org.