Конвекцијске струје и како раде

Конвекцијске струје су течна течност која се креће јер постоји разлика у температури или густоћи унутар материјала.

Пошто су честице унутар чврстог материјала фиксиране на месту, конвекцијске струје виде се само у гасовима и течностима. Температурна разлика доводи до преноса енергије са подручја више енергије на неку нижу.

Конвекција је пренос топлоте процес. Када се производе струје, материја се премешта са једне локације на другу. Дакле, ово је такође процес масовног преноса.

Конвекција која се јавља природно се назива природна конвекција или слободна конвекција. Ако течност циркулише помоћу вентилатора или пумпе, то се зове присилна конвекција. Ћелија формирана конвекцијским струјама назива се а конвекциона ћелија или Бенардова ћелија.

Температурна разлика узрокује померање честица, стварајући струју. У гасовима и плазми температурна разлика такође доводи до подручја веће и ниже густине, где се атоми и молекули крећу да би попунили подручја ниског притиска.

Укратко, врућа течност расте док хладна течност тоне. Уколико није присутан извор енергије (нпр. Сунчева светлост, топлота), конвекцијске струје се настављају само док се не постигне једнолика температура.

Научници анализирају силе које делују на флуид да би категорисали и разумели конвекцију. Ове снаге могу обухватати:

• Гравитација
• Површински напон
• Разлике концентрације
• Електромагнетна поља
• Вибрације
• Формирање везе између молекула

Конвекцијске струје могу се моделирати и описати употребом конвекцијских-дифузија једначине, које су скаларне једначине транспорта.

• Можете опазити конвекцијске струје у води кључање у лонцу. Једноставно додајте неколико грашка или комадића папира да бисте пратили тренутни ток. Извор топлоте на дну посуде греје воду, дајући јој више енергије и узрокује брже кретање молекула. Промена температуре такође утиче на густину воде. Како се вода уздиже до површине, неки од њих имају довољно енергије да исцуре као пара. Испаравање хлади површину довољно да неки молекули поново потону према дну посуде.
• Једноставни пример конвекцијских струја је топли ваздух који се уздиже до плафона или поткровља куће. Топли ваздух је мање густ од хладног ваздуха, па се диже.
• Ветар је пример конвекцијске струје. Сунчева или одбијена светлост зраче топлоту, постављајући температурну разлику која узрокује померање ваздуха. Сјеновита или влажна подручја хладнија су или могу апсорбирати топлину, додајући ефект. Конвекцијске струје су део онога што покреће глобалну циркулацију Земљине атмосфере.
• Изгарање генерише конвекцијске струје. Изузетак је да сагоревање у окружењу са нулту гравитацијом нема пловидност, па се врући гасови природно не повећавају, омогућавајући свежем кисеонику да напаја пламен. Минимална конвекција у нули-г узрокује да се многи пламен угуши у сопственим производима сагоревања.
• Атмосферска и океанска циркулација су кретање ваздуха и воде великих размера у великом обиму, респективно. Два процеса раде у спрези један са другим. Конвекцијске струје у ваздуху и мору доводе до време.
• Магма у Земљином плашту се креће у конвекцијским струјама. Врућа језгра загрева материјал изнад ње, узрокујући да се подигне према кори, где се хлади. Топлина долази од снажног притиска на стени, комбинованог с енергијом ослобођеном из природне радиоактивног распада елемената. Магма се не може наставити уздизати, па се креће водоравно и тоне низбрдо.
• Ефект сакупљања или ефект димњака описује конвекцијске струје које се крећу гасовима кроз димњаке или димњаке. Узгој ваздуха унутар и изван зграде је увек различит због разлика у температури и влази. Повећање висине зграде или стаја повећава величину ефекта. На овом принципу се заснивају расхладни торњеви.
• Конвекцијске струје су видљиве на сунцу. Грануле које се виде у сунчевој фотосфери су врхови ћелија са конвекцијом. У случају сунца и других звезда, течност је плазма, а не течност или гас.