Víme o třech typech přenosu tepla. V tomto příspěvku uvidíme proces přenosu tepla konvekcí.
Když ohříváme tekutinu, spodní vrstva se zahřívá, roztahuje a pohybuje se nahoru a nahrazuje chladnější vrstvu. Teplejší vrstvy jsou méně husté než ty chladnější. Ke změně vrstev dochází v důsledku vztlaku. Tímto způsobem můžeme říci, jak konvekce horizontálně přenáší teplo.
Nyní nám dejte vědět, jak na to konvekce přenáší teplo v jiných zdrojích.
Jak je teplo přenášené konvekcí vysvětlenou pomocí diagramu
Pozorováním níže uvedeného diagramu můžeme podrobně pochopit, jak konvekce přenáší teplo.
Představte si hrnec s vroucí tekutinou. Na začátku, když je k němu připojen zdroj tepla, kinetická energie vytváří vibrační pohyb, díky kterému se pohybuje.
Vrstva kapaliny u povrchu hrnce se nejprve zahřívá, získává energii a pohybuje se nahoru. Tyto molekuly obsahují hodně energie a jsou méně hustší.
Vrstva, která se pohybuje nahoru, tlačí chladnější vrstvy dolů. Tyto chladnější vrstvy jsou daleko od povrchu hrnce a jsou hustší.
V tomto procesu jsou produkovány konvekční proudy ve spojení se vztlakovým principem; jsou zodpovědné za výměnu vrstev.
Cyklus se opakuje, dokud nedojde k teplotní rovnováze.
Podobně probíhá konvekční proces v plynech.
Jak konvekce přenáší teplo v plášti
Konvekční metoda pomáhá udržovat gradient teploty magmatu v zemském jádru zvaném plášť.
Plášť přítomný v jádru Země se vlivem některých faktorů začíná zahřívat. Níže se pohybují vrstvy s nižší teplotou než vrstva s vyšší hořlavostí. Tento proces se děje díky principu vztlaku. Díky tomuto jevu vznikají konvekční proudy a plášť se pohybuje po vodorovné dráze, která je velmi blízko zemského povrchu.
Tímto způsobem se teplo přenáší konvekcí v plášti.
Jak se přenáší teplo konvekcí
Konvekce je obecně přenos molekul tepla v různých oblastech, které se liší teplotou. Zde se podívejme, jak probíhá konvekce ve vzduchu.
Částice přítomné na povrchové vrstvě se zahřejí a přesunou se do horní vrstvy atmosféry, přičemž si vymění polohy s vrstvami s vyšší hustotou. Proces pokračuje a výsledkem jsou proudy, které jsou zodpovědné za udržování teplotní rovnováhy.
Tímto způsobem lze vidět konvekci ve vzduchu nebo plynu.
Faktory ovlivňující přenos tepla konvekcí
Životně důležité faktory, které ovlivňují konvekční přenos molekul tepla z jedné složky do druhé, jsou následující:
- Rychlost kapalných a plynných látek.
- Povaha viskozity (vysoká nebo nízká) kapalin.
- Rychlost tepelného toku přenosu.
- Povaha drsnosti povrchu.
- Záleží také na tom, zda je průtok jednofázový nebo dvoufázový.
To jsou některé základní prvky, které ovlivňují konvekci.
Principy přenosu tepla konvekcí
Primární princip procesu, po kterém následuje konvekce, je uveden níže;
- Proces probíhá, když jsou molekuly tepla odváděny z těla vzduchem.
- Pokud je okolí relativně chladnější než tělo, existuje šance, že vzduch absorbuje molekuly tepla a pohybuje se nahoru.
- Cyklus pokračuje a teplé tělo se ochladí, když k němu proudí vzduch.
Je to primární princip procesu přenosu konvekcí.
Význam přenosu tepla konvekcí
Konvekce nám pomáhá mnoha různými způsoby, od přirozeného procesu až po vyrobené věci. Určitý primární význam proudění jsou uvedeny níže;
Konvekce hraje zásadní roli při udržování rovnováhy mezi teplotním gradientem okolí (který zahrnuje vzduch i vodu).
Proces konvekce pomáhá udržovat proudění magmatu v jádru zemského pláště a jakékoli narušení může vést ke katastrofám, jako jsou sopečné výbuchy, zemětřesení atd.
Typy konvekce hrají také zásadní roli ve fyzice, tj. mohou sledovat proces přirozené konvekce v konkrétním oboru fyziky zvaném fyzika hvězd.
Konvekce v atmosféře může také vést k šedavým bouřkovým mrakům a dokonce jasným bílým mrakům.
Proces lze vidět v mnoha topných systémech v průmyslových podnicích. Je to důležitý koncept, který je třeba studovat v mechanickém, civilním a chemickém inženýrství, protože konvekční proces je základním prvkem při výběru komponent, účinnosti a reakcí.
Pomáhá udržovat teplotu v místnosti, protože uvnitř čtyř stěn místnosti dochází k výměně teplejšího a chladnějšího vzduchu.
To jsou některé ze základních primárních rysů konvekčního procesu
Nevýhody přenosu tepla konvekcí
I když je konvekce životně důležitý proces, má určité nevýhody.
- Jak se současná konvekce pohybuje v okolí, může dokonce přenášet prachové částice, které mohou obsahovat alergeny; vdechování těchto částic může u jednotlivce vést ke kritickým alergiím.
- Může to vést k vytvoření atmosféry podobné suchu doma kvůli výměně částic, což může vést k nadměrnému teplu v létě.
- I zde je šance, když otevřete dveře okna, a dojde k rychlejšímu přenosu tepla než v režimu sálání.
To jsou některé zásadní nevýhody konvekčního procesu.
Konvekční přenos tepla ve vzduchu
Konvekční přenos je teplo ve vzduchu, které pomáhá udržovat okolní teplotu.
- Na slunném místě se povrch zahřívá, hustý horký vzduch u povrchu se pohybuje nahoru.
- Chladnější vrstva vzduchu, která je méně hustá, se pohybuje dolů a nahrazuje horký vzduch (s sebou nese energii).
- Cyklus pokračuje a v určité době dosáhne a rosný bod; vlhký vzduch undergoes kondenzace za vzniku mraků.
- Vrstvy drží výměna změnou jejich hustoty; tímto způsobem udržuje teplotu.tong>
- Můžeme vidět, že teplý vzduch podléhá expanzi a stává se méně hustým a lze jej podrobně studovat pomocí zákona o ideálním plynu.
Takto konvekční proudy pomáhají ohřívat okolní atmosféru.
Přenos tepla konvekcí dovnitř kapalin
K přenosu tepla konvekcí dochází uvnitř hraničních ploch pevných látek molekul kapaliny.
- Na začátku jakéhokoli přenosu tepla dochází v kapalné látce k vedení prostřednictvím srážky molekul. Později dochází k masivnímu pohybu molekul prostřednictvím konvekčního režimu v tekuté hmotě.
- Přenáší energii z jedné vrstvy do druhé vrstvy kapaliny.
- Vrstvy se liší teplotou díky tenké vrstvě kapaliny, která je těsně vedle pevné vrstvy.
- Vrstvy kontinuální výměny kapalin, tj. ohřátá vrstva, se pohybují nahoru a nahrazují méně horkou vrstvu. Tato změna polohy vede k zahřívání kapaliny konvekčními proudy.
- V kapalině je to možné díky snadnému přemístění molekul.
Tak dochází ke konvekčnímu procesu v kapalné hmotě.
Často kladené otázky | Nejčastější dotazy
Pomáhá konvekce při tvorbě mraků?
Konvekce hraje zásadní roli při tvorbě mraků.
Konvekční přenos ohřevu vzduchu probíhá vertikálně v okolí, zatímco advekce je opačná než konvekce. Když vertikální i horizontální molekuly vzduchu stoupají nahoru, tvoří cukrová vata strukturovaná kupovitá oblaka.
Je konvekce lepší než kondukce?
Konvekce je lepší proces ve srovnání s kondukcí.
Předpokládejme, že si vezmeme příklad kapalin, což zahrnuje kapaliny i plyny. V těchto stavech hmoty je metoda konvekce účinnější než kondukce. Pokud se pokusíte rozpustit kostku ledu, můžete si všimnout jak vedení, tak proudění a v tomto experimentu vedení přenáší mnohem méně tepla než režim proudění.
Je konvekce lepší než přenos tepla sáláním?
Pokud říkáme z hlediska bezpečnosti, pak je lepší konvekce než radiační přenos tepla.
Obvykle víme, že sálání je nejrychlejší způsob přenosu tepla ve srovnání s konvekcí a vedením. Ale záření zahrnuje přenos elektromagnetických vln, což může někdy vést k nebezpečnému. Můžeme tedy říci, že konvekce je z hlediska bezpečnosti lepší než radiace.
Jaká je výhoda konvekce?
Konvekce vždy pomáhá při pečení a vaření.
Konvekce vytváří vhodnou suchou atmosféru, která napomáhá karamelizaci cukrů. Je to důvod, proč při vaření zelenina nebo jiné ingredience, které pečete, zhnědnou a vnitřek jídla bude měkký. Takto je prospěšný přenos tepla konvekcí.
Jaký je příklad konvekce?
Existuje mnoho příkladů konvekce, kterou můžeme kolem sebe pozorovat.
Když vaříme pánev plnou vody, po chvíli pozorujeme bublinky kvůli vývoji konvekčních proudů. Voda přítomná na spodní úrovni se nejprve ohřeje a jde nahoru, čímž se vrstva studené vody pohybuje dolů. Tento proces pokračuje a voda se ohřívá.
Také čtení:
Jsem Raghavi Acharya, dokončil jsem postgraduální studium fyziky se specializací v oboru fyzika kondenzovaných látek. Fyziku jsem vždy považoval za podmanivou oblast studia a baví mě objevovat různé oblasti tohoto předmětu. Ve volném čase se věnuji digitálnímu umění. Mé články se zaměřují na to, abych čtenářům velmi zjednodušeným způsobem předal pojmy fyziky.