De convectie warmteoverdracht Het vindt plaats door de beweging van een vloeistof, die een gas of een vloeistof kan zijn. Naarmate de dichtheid afneemt met toenemende temperatuur, stijgen de warmere vloeistofmassa's, terwijl de koelere delen vallen. Op deze manier wordt een massabeweging van vloeistof geproduceerd, waardoor warmte van de ene naar de andere kant wordt getransporteerd..
Dit is het kenmerk dat convectie onderscheidt van geleiding en straling, omdat er bij convectie altijd een netto verplaatsing van massa's is. Aan de andere kant heeft straling geen materieel medium nodig om zich voort te planten en wat betreft transmissie door geleiding is dit het gevolg van opeenvolgende botsingen tussen atomen en moleculen, zonder netto beweging van materie..
Op het niveau van de atmosfeer en de oceanen kunnen echter gemakkelijk grote hoeveelheden lucht en water worden verplaatst. Daarom is convectie het overheersende mechanisme voor energieoverdracht in deze media, en het is degene die grotendeels het klimaat op aarde bepaalt..
In een huiskeuken kun je mechanismen voor warmteoverdracht van dichtbij zien. Zet gewoon water in een pan om te verwarmen. Het gedeelte van de vloeistof dat zich het dichtst bij de vlam van de brander bevindt, warmt op, de dichtheid neemt af en stijgt. Zijn plaats wordt ingenomen door kouder water, dat naar de bodem van de pot zakt..
Artikel index
Wanneer een deel van de vloeistof wordt verwarmd, bewegen de moleculen zich sneller en van elkaar af. Om deze reden wordt het fluïdum bij een hogere temperatuur minder dicht en kan het stijgen door flotatie, waarbij het de warmte met zich meedraagt..
Dan neemt een koelere vloeistofmassa de plaats in die deze stijgende moleculen achterlaten en deze voortdurende uitwisseling genereert de oproepen convectiestromen.
Dit kan op twee manieren worden bereikt: door natuurlijke (vrije) convectie of door geforceerde convectie. Ook zijn beide vormen van convectie aanwezig in cv-installaties of in zonne-energiecentrales..
Waar elk uit bestaat, wordt hieronder uitgelegd:
In dit mechanisme stroomt warmte alleen dankzij het feit dat het temperatuurverschil van de vloeistof in kwestie, in aanwezigheid van de zwaartekracht van de aarde, een verandering in dichtheid veroorzaakt, waardoor het heetste deel naar boven drijft en de koelere delen naar beneden. Zonder zwaartekracht is er geen natuurlijke convectie.
Er is een eenvoudig experiment in het laboratorium waarmee je deze stromen van natuurlijke convectie kunt visualiseren wanneer ze zich in water vormen.
Een glazen pijp die in een vierkante of rechthoekige vorm is gebogen en een kleurstof die opwaartse luchtstroom zichtbaar maakt, is vereist. Dit is meestal kaliumpermanganaat, dat het water paars kleurt of druppels van een soort inkt.
Nu wordt een van de onderste hoeken van de buis verwarmd en de dichtheid van het deel water net boven de vlam neemt af en stijgt, en wordt vervangen door een deel koeler water..
Dit proces van continue uitwisseling tussen warm en koud water genereert een convectiestroom tegen de klok in, wat wordt waargenomen dankzij de violette kleurstof, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding.
De vloeistof kan ook worden gedwongen om te circuleren om warmte over te brengen, in plaats van dat convectiestromen op natuurlijke wijze kunnen optreden vanwege het verschil in dichtheden..
Wanneer convectie optreedt dankzij externe media die de vloeistof voortstuwen, zoals een ventilator of een pomp, is het geforceerde convectie. De vloeistof kan worden gedwongen om door een buis te stromen, zoals in de centrale verwarmingssystemen van huizen, de radiator van een auto of in een meer open ruimte, dankzij een ventilator van bladen.
De cv-installatie in een woning maakt gebruik van convectiewarmteoverdracht in water.
Hiervoor moet warm water via leidingen onder de vloer worden gecirculeerd vanuit een centrale ketel. Op deze manier geeft het water warmte af aan de radiatoren of kachels en van deze gaat de warmte naar de kamers, terwijl het koude water weer terugkeert naar de verwarmingsketel om de cyclus te herhalen..
Zoals te zien is, zijn zowel natuurlijke als geforceerde convectie aanwezig in het CV-mechanisme..
Warmtebronnen zoals radiatoren verwarmen de lucht om hen heen en deze stijgt, terwijl de lucht van boven naar beneden gaat, waardoor convectieve luchtstromen in de verwarmde kamer worden gegenereerd.
Elke keer dat voedsel wordt gekookt in water of geweekt in olie om te frituren, wordt het gekookt door middel van door convectie overgedragen warmte.
Bij pasteurisatie worden melk en andere vloeibare voedingsmiddelen gedurende bepaalde perioden verwarmd tot hoge temperaturen, afhankelijk van de pasteurisatievariant die wordt gebruikt. Dit wordt gedaan om bacteriën te elimineren en de houdbaarheid van het product te vergroten..
Convectie is in deze gevallen het belangrijkste warmteoverdrachtsmechanisme, hoewel andere mechanismen, zoals geleiding, niet worden uitgesloten..
Convectiestromen in de atmosfeer veroorzaken de wind. Deze stromingen worden gevormd door vele factoren, waaronder het feit dat het aardoppervlak ongelijkmatig opwarmt..
Overdag warmt het strand bijvoorbeeld meer op dan zeewater, dus het drijfvermogen zorgt ervoor dat de lucht boven het strand stijgt en de koelere lucht, afkomstig van de zee, zijn plaats neemt..
Maar 's nachts gebeurt het proces in omgekeerde volgorde, omdat het strand sneller warmte verliest dan het water en de warmere lucht naar de zee wordt geleid. Dat is de reden waarom bij een nachtbrand op het strand de rook richting zee beweegt, terwijl als het vuur overdag wordt gemaakt, de rook richting land beweegt..
De aarde bestaat uit lagen en de kern heeft een buitenste, hoge temperatuurlaag die niet is gestold. De beweging van de planeet veroorzaakt convectiestromen in deze vloeistof, waarvan wordt aangenomen dat ze verantwoordelijk zijn voor het magnetische veld van de aarde..
Magnetische velden zijn te wijten aan de aanwezigheid van bewegende elektrische ladingen. De ionen en geladen deeltjes die in de buitenste kern aanwezig zijn, zijn in staat dit veld op te wekken, aangezien planetaire bewegingen ervoor zorgen dat deze deeltjes zich op dezelfde manier gedragen als kleine stroomkringen (gesloten circuits)..
Wetenschappers hebben een verband gevonden tussen de intensiteit van het magnetische veld en de snelheid van de rotatiesnelheid van de planeet. Aangenomen wordt dat het zwakke magnetische veld van Venus vanwege zijn rotatiesnelheid langzamer is dan dat van Jupiter, waarvan het magnetische veld veel intenser is.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.