Конвекция — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 3 мая 2019; проверки требуют 7 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 3 мая 2019; проверки требуют 7 правок. Эта иллюстрация показывает расчетную картину конвективного движения в мантии Земли

Конвекция (от лат. convectiō — «перенесение») — вид теплообмена (теплопередачи), при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Существует так называемая естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. При некоторых условиях процесс перемешивания самоорганизуется в структуру отдельных вихрей и получается более или менее правильная решётка из конвекционных ячеек.

Различают ламинарную и турбулентную конвекцию.

Естественной конвекции обязаны многие атмосферные явления, в том числе, образование облаков. Благодаря тому же явлению движутся тектонические плиты. Конвекция ответственна за появление гранул на Солнце.

При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.

Конвекцией также называют перенос теплоты, массы или электрических зарядов движущейся средой.

Термохалинная циркуляция

Естественная — нагревание/остывание жидкости, воздуха в комнате, воды в океане, устойчивые ветра (пассаты, муссоны).

Вынужденная — перемешивание жидкости или газа (мешалкой, ложкой, насосом, вентилятором).

Наиболее популярной моделью для описания конвекции в жидкостях и газах является приближение Буссинеска

Другие способы переноса теплоты

• Остроумов Г. А. Свободная тепловая конвекция в условиях внутренней задачи. Москва — Ленинград. Гостехиздат.— 1952.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Курс теоретической физики. Т. 6. Гидродинамика.— М.:Наука.— 1988.—736 с.— (§ 56 Свободная конвекция).
• Гершуни Г. З., Жуховицкий Е. М. Устойчивость конвективных течений.— М.:Наука.— 1989.
• Гершуни Г. З., Жуховицкий Е. М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости.— М.:Наука.— 1972.
• Кригель А. М. О применимости приближения свободной конвекции к атмосферной турбулентности // Вестник Ленинградского гос. университета.— Сер.7.—1991.—Вып.2(14).—С.107-110.
• Кригель А. М. Вопросы термодинамики турбулентной конвекции. // Журнал Технической Физики.—2016.—86.—Вып.11.—С.136—139.

Что такое конвекция. Свободная конвекция :: SYL.ru

Слово «конвекция» в переводе с латинского языка обозначает перемещение. Что такое конвекция и как она происходит? Это своеобразный процесс передачи тепла, при котором частицы веществ перемешиваются между собой. Это действие можно наблюдать в жидкостях и газах.

Как происходит процесс конвекции

Перемещение частиц происходит из-за различия температур и плотности в отдельных местах среды при нагревании. При этом нижние слои вещества, нагреваясь, становятся легче и поднимаются вверх. Верхние частицы, остывая, становятся тяжелее и опускаются вниз. Этот процесс повторяется несколько раз. При создании определенных условий процесс превращается в структуру вихревых потоков, образуя решетку конвекционных ячеек.

Многие атмосферные процессы — это проявления естественной конвекции, например, передвижение тектонических пород, возникновение облаков, появление образований на солнце вследствие движения плазмы. При вынужденной конвекции процесс происходит под действием внешних сил.

Виды конвекций

Есть два вида конвекций — это свободная конвекция, или естественная, и вынужденная. Естественные конвекционные течения наблюдаются в результате изменения плотности в процессе теплообмена в гравитационном поле. Это циркуляция в нижних слоях земной атмосферы, течения в океанах и водоемах, возникновение устойчивых ветров (муссоны, пассаты), ураганов или циклонов. Движение теплого воздуха в нагретом помещении, тепло, исходящее от электрической лампочки. Газ фреон охлаждает воздух в холодильнике. Холодный воздух опускается вниз.

Охлаждая продукты, он постепенно нагревается и снова поднимается вверх. Перемещение слоев воздуха в холодильнике не что иное, как свободная конвекция. Поэтому для лучшей циркуляции воздуха не рекомендуется раскладывать продукты слишком плотно на полках холодильника. Для выполнения некоторых технических задач требуется, наоборот, подавить естественную конвекцию для уменьшения потерь тепла.

Вынужденная конвекция происходит при помощи приборов или посторонних сил. Это может быть перемешивание жидкости ложкой, работа насоса или вентилятора.

Применение эффекта

Что такое конвекция касаемо обогрева помещения? В основе любой системы задействован принцип передачи тепла от энергоносителя воздуху помещения. Это могут быть батареи централизованного отопления или индивидуальные отопительные приборы. Большую популярность приобрели конвекторные отопительные приборы. С помощью нагревательного элемента поступающий снизу воздух прогревается и начинает перемещаться. Далее происходит процесс смешивания остывшего и нагретого воздуха.

Конвекторные обогреватели могут быть водяными, газовыми и электрическими. Явление передачи тепла при перемещении воздуха принудительным путем часто используется в различных отраслях хозяйства. Благодаря новейшим технологиям функция конвекции широко применяется в бытовых приборах. Одними из самых распространенных кухонных приспособлений такого рода являются микроволновые печи и духовые шкафы. Эффект конвекции значительно расширяет возможности приготовления пищи. В этом случае принудительная конвекция способствует циркуляции горячих воздушных масс, образовывая вихревой поток. Это позволяет равномерно прогревать продукт со всех сторон.

Микроволновая печь

СВЧ-печи давно стали привычным атрибутом домашней бытовой техники. Микроволновая печь в основном используется для разогрева готовых продуктов, разморозки рыбы и мяса, приготовления простых блюд. Испечь пирог или зажарить курицу с румяной корочкой электромагнитные волны высокой частоты не смогут. А вот печь микроволновая с конвекцией с легкостью справится с этой задачей. С помощью встроенного вентилятора горячий воздух циркулирует по камере. Тепло равномерно действует на готовящееся блюдо со всех сторон.

Рекомендуется предварительно прогреть печь в течение 15 минут. Чтобы продукт хорошо запекся, лучше, чтобы он состоял из нескольких небольших порций. Посуду в микроволновке нужно размещать на решетке, чтобы воздух равномерно циркулировал. Посуда должна быть из специального термостойкого стекла. Чтобы вкусно готовить, нужно подобрать свой рецепт и определенную температуру именно для вашей микроволновки.

Печь с грилем

Чтобы ускорить приготовление пищи и вместе с этим не расходовать много энергии, можно использовать комбинированный режим — конвекция СВЧ и гриль. Эти две опции сделают мясо мягким и нежным внутри, а корочку хрустящей и аппетитной. Наличие конвекции поможет приготовить блюдо без масла и соли, что полезно для людей, ведущих здоровый образ жизни. Дополнительный нагревательный элемент имеет печь-гриль. Конвекция способствует образованию румяной корочки на мясе. Нагреватель, имеющийся в печи-гриль, может быть теновым или кварцевым. Теновый гриль, двигаясь и поворачиваясь, равномерно прогревает продукт. Кварцевый нагревательный элемент не виден и находится в верхней части печи. Преимущества кварцевого гриля в том, что он потребляет меньше энергии, но процесс обжарки с ним происходит медленнее.

Хотя мощность теновой спирали выше, чем кварцевого гриля. Что такое конвекция в сочетании с грилем? Комбинация гриля и конвектора имитирует обжаривание на вертеле или мангале.

Духовой шкаф и конвекция

Хороший духовой шкаф — мечта каждой хозяйки. Но иногда пироги в нем подгорают, а мясо плохо прожаривается. Противень с блюдом приходится переворачивать и то переставлять выше, то опускать вниз. Что такое конвекция в духовке и как она работает? Горячий воздух внутри шкафа перемещается с помощью встроенного вентилятора. Температура становится одинаковой во всех точках духовки. В таком духовом шкафу можно сразу готовить несколько блюд на разных уровнях, используя несколько протвиней. В закрытом пространстве духовки создается принудительная конвекция с помощью вентилятора на задней стенке. С помощью такого эффекта продукты равномерно нагреваются со всех сторон. Режим дает возможность готовить большие куски мяса, печь большие пироги и маленькие нежные пирожные. Можно сделать сухарики или домашние картофельные чипсы, а также сушить травы. Духовой шкаф с конвекцией, как газовый, так и электрический, позволит готовить с радостью и удовольствием.

Конвекция — Большая советская энциклопедия

I

Конве́кция (от лат. convectio — принесение, доставка)

перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Различают естественную, или свободную, и вынужденную К.

Естественная К. возникает при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих или сыпучих веществ, находящихся в поле силы тяжести (или в системе, движущейся с ускорением). Вещество, нагретое сильнее, имеет меньшую плотность и под действием архимедовой силы F_A перемещается относительно менее нагретого вещества. Сила F_A = Δρ∙V (Δρ — разность плотностей нагретого вещества и окружающей среды, V — объём нагретого вещества). Направление силы F_A, а следовательно, и К. для нагретых объёмов вещества противоположно направлению силы тяжести. К. приводит к выравниванию температуры вещества. При стационарном подводе теплоты к веществу в нём возникают стационарные конвекционные потоки, переносящие теплоту от более нагретых слоев к менее нагретым. С уменьшением разности температур между слоями интенсивность К. падает. При высоких значениях теплопроводности и вязкости среды К. также оказывается ослабленной. На К. ионизованного газа (например, солнечной плазмы) существенно влияет магнитное поле и состояние газа (степень его ионизации и т.д.). В условиях невесомости естественная К. невозможна.

При вынужденной К. перемещение вещества происходит главным образом под воздействием какого-либо устройства (насоса, мешалки и т.п.). Интенсивность переноса теплоты здесь зависит не только от перечисленных выше факторов, но и от скорости вынужденного движения вещества.

К. широко распространена в природе: в нижнем слое земной атмосферы (см. Конвекция в атмосфере), морях и океанах (см. Конвекция в океане), в недрах Земли, на Солнце (в слое до глубины ~20—30% радиуса Солнца от его поверхности) и т.д. С помощью К. осуществляют охлаждение или нагревание жидкостей и газов в различных технических устройствах (см. Конвективный теплообмен)

.

II

Конве́кция

в атмосфере, вертикальные перемещения объёмов воздуха с одних высот на другие, обусловленные архимедовой силой: воздух более тёплый и, следовательно, менее плотный, чем окружающая среда, перемещается вверх, а воздух более холодный и более плотный — вниз. При слабом развитии К. имеет беспорядочный, турбулентный характер. При развитой К. над отдельными участками земной поверхности возникают восходящие и нисходящие токи воздуха, пронизывающие атмосферу иногда до высот стратосферы (проникающая К.). Вертикальная скорость восходящих токов (термиков) при этом обычно порядка нескольких м/сек, по иногда может превышать 20—30 м/сек. С проникающей К. обычно связано образование облаков К. — кучевых и кучево-дождевых (грозовых).

Развитие К. зависит от распределения температуры в атмосфере по высоте. Восходящий воздух поднимается до тех пор, пока его температура остаётся выше температуры окружающего воздуха; нисходящий воздух, в свою очередь, опускается, пока он холоднее окружающего воздуха. Но восходящий воздух вследствие расширения охлаждается на 1 °С на 100 м подъёма (пока в нём не началась конденсация) — так называемый сухоадиабатический градиент, а после начала конденсации (образования облаков), сопровождающейся выделением скрытой теплоты, — на переменную величину в несколько десятых долей градуса на 100 м подъёма (так называемый влажноадиабатический градиент). Поэтому для поддержания К. нужно, чтобы вертикальный градиент температуры в атмосферном столбе был больше сухоадиабатического градиента до уровня, на котором начинается конденсация, и больше влажнодиабатического над этим уровнем, т. е. атмосфера должна обладать неустойчивой стратификацией (см. Стратификация атмосферы)

. Такие условия создаются летом в воздухе над прогретой сушей и во все времена года в воздухе, движущемся с более холодной на более тёплую поверхность. Слои с малыми вертикальными градиентами температуры, особенно с инверсиями температуры (См. Инверсии температуры), являются для К. задерживающими слоями.

Лит.: Матвеев Л. Т., Основы общей метеорологии, Л., 1965; Шметер С. М., Физика конвективных облаков, Л., 1972.

С. П. Хромов.

III

Конве́кция

в океане, вертикальное движение воды, вызванное изменением её плотности в результате изменения температуры или солёности. Если плотность воды однородна по горизонтали и с глубиной возрастает, то вода находится в равновесии. В противном случае начинается опускание более плотной воды до глубины, на которой плотность опустившейся воды станет равной плотности окружающих вод. К. ведёт к перемешиванию и выравниванию по вертикали физических и химических характеристик воды, обогащению кислородом нижележащих слоев и т.д. В придонных областях океана (в частности, в глубоководных впадинах) могут иметь место случаи уменьшения плотности с глубиной, например за счёт геотермического притока тепла из недр Земли. В ряде случаев это уменьшение плотности с глубиной сопровождается К., охватывающей значительную толщу придонных вод (порядка нескольких сотен

м по вертикали),

Большую роль в режиме океана играет К. в период осенне-зимнего охлаждения (так называемая зимняя вертикальная циркуляция), так как в этот период К. распространяется на большие глубины, а в отдельных субтропических и тропических морях с большой солёностью воды — до дна (Средиземное море, Красное море, Персидский залив), Поскольку благодаря К. зимой в океане непрерывно происходит подъём к поверхности более тёплых вод с глубин, климат прилегающих стран смягчается.

А. М. Муромцев.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me

---

Значения в других словарях

1. конвекция — Конвекция — перенос тепла, вызванный перемещением масс жидкости или газа под воздействием градиента температуры. Теплообмен в п. лишь в небольшой степени обусловлен конвекцией почвенного воздуха. Толковый словарь по почвоведению
2. конвекция — сущ., кол-во синонимов: 4 автоконвекция 1 макроконвекция 1 перемещение 78 термоконвекция 1 Словарь синонимов русского языка
3. конвекция — [< лат. convectio привоз, принесение] – перенос тепла или электрических зарядов движущейся средой, например, перенос тепла потоками воздуха или жидкости; на явлениях конвекции основано, например, центральное отопление. Большой словарь иностранных слов
4. КОНВЕКЦИЯ — КОНВЕКЦИЯ (от лат. convectio — принесение, доставка) — перемещение макроскопических частей среды (газа, жидкости) — приводящее к переносу массы, теплоты и др. физических величин. Большой энциклопедический словарь
5. конвекция — КОНВЕКЦИЯ -и; ж. [от лат. convectio — привоз, принесение] 1. Физ. Перенос теплоты или электрических зарядов движущейся средой. 2. Гидрол. Толковый словарь Кузнецова
6. конвекция — орф. конвекция, -и Орфографический словарь Лопатина
7. конвекция — конвекция ж. Перенос теплоты, массы или электрических зарядов движущейся средой. Толковый словарь Ефремовой
8. Конвекция — (лат. convectio привоз, принесение) перенос тепла газом или жидкостью, движущимися в неоднородном температурном поле; один из путей теплообмена организма человека с окружающей средой. Медицинская энциклопедия
9. конвекция — Конвекция, конвекции, конвекции, конвекций, конвекции, конвекциям, конвекцию, конвекции, конвекцией, конвекциею, конвекциями, конвекции, конвекциях Грамматический словарь Зализняка
10. конвекция — Процесс переноса теплоты в газовой среде посредством перемещения массы самого газа. Конвекция происходит эффективно, когда имеется существенное уменьшение температуры с высотой, например, внутри некоторых слоев в звездах. Большой астрономический словарь
11. КОНВЕКЦИЯ — (от лат. convectio — принесение, доставка), перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками в-ва. Естественная (свободная) К. возникает в поле силы тяжести при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих или сыпучих в-в. Физический энциклопедический словарь
12. конвекция — -и, ж. 1. физ. Перенос теплоты или электрических зарядов движущейся средой. 2. гидрол. Водообмен между верхними и нижними слоями в морях и океанах, зависящий от изменения плотности воды, различия температур и солености. 3. метеор. Малый академический словарь
13. конвекция — КОНВЕКЦИЯ и, ж. convection f., англ. convection, нем. Konvektion <�лат. convectio привоз <�лат. convectare свозить, привозить во множестве. ЭС. Перенос тепла или электрических зарядов движущейся средой. Конвекция тепла. БАС-1. Словарь галлицизмов русского языка
14. КОНВЕКЦИЯ — КОНВЕКЦИЯ, передача тепла текучими средами, согласно кинетической теории. Конвекция представляет собой организованное круговое движение потока воды или воздуха на основе тепловых изменений в плотности и гравитационном притяжении… Научно-технический словарь

Конвекция — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Эта иллюстрация показывает расчетную картину конвективного движения в мантии Земли

Конвекция (от лат. convectiō — «перенесение») — вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Существует так называемая естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. При некоторых условиях процесс перемешивания самоорганизуется в структуру отдельных вихрей и получается более или менее правильная решётка из конвекционных ячеек.

Различают ламинарную и турбулентную конвекцию.

Естественной конвекции обязаны многие атмосферные явления, в том числе, образование облаков. Благодаря тому же явлению движутся тектонические плиты. Конвекция ответственна за появление гранул на Солнце.

При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.

Конвекцией также называют перенос теплоты, массы или электрических зарядов движущейся средой.

Виды конвекции

Термохалинная циркуляция

Естественная — нагревание/остывание жидкости, воздуха в комнате, воды в океане, устойчивые ветра (пассаты, муссоны).

Вынужденная — перемешивание жидкости или газа (мешалкой, ложкой, насосом, вентилятором).

Виды конвекции по причине появления

Математическое описание

Наиболее популярной моделью для описания конвекции в жидкостях и газах является приближение Буссинеска

См. также

Другие способы переноса теплоты

Ссылки

Литература

• Остроумов Г. А. Свободная тепловая конвекция в условиях внутренней задачи. Москва — Ленинград. Гостехиздат.— 1952.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Курс теоретической физики. Т. 6. Гидродинамика.— М.:Наука.— 1988.—736 с.— (§ 56 Свободная конвекция).
• Гершуни Г. З., Жуховицкий Е. М. Устойчивость конвективных течений.— М.:Наука.— 1989.
• Гершуни Г. З., Жуховицкий Е. М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости.— М.:Наука.— 1972.
• Кригель А. М. О применимости приближения свободной конвекции к атмосферной турбулентности // Вестник Ленинградского гос. университета.— Сер.7.—1991.—Вып.2(14).—С.107-110.
• Кригель А. М. Вопросы термодинамики турбулентной конвекции. // Журнал Технической Физики.—2016.—86.—Вып.11.—С.136—139.

Явление конвекции и примеры конвекции

Если приблизить руку к включенной электролампе или поместить ладонь над горячей плитой, можно почувствовать движение теплых потоков воздуха. Тот же эффект можно наблюдать при колебании листа бумаги, помещенного над открытым пламенем. Оба эффекта объясняются конвекцией.

Что представляет собой?

В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды.

Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Излучение, теплопроводность выступают схожими процессами, однако касаются прежде всего передачи тепловой энергии в твердых телах.

Яркие примеры конвекции – перемещение теплого воздуха в середине помещения с отопительными приборами, когда нагретые потоки движутся под потолок, а холодный воздух опускается к самой поверхности пола. Именно поэтому при включенном отоплении вверху комнаты воздух заметно теплее по сравнению с нижней частью помещения.

Закон Архимеда и тепловое расширение физических тел

Чтобы понять, что представляет собой естественная конвекция, достаточно рассмотреть процесс на примере действия закона Архимеда и явления расширения тел под воздействием теплового излучения. Так, согласно закону, повышение температуры обязательно приводит к увеличению объемов жидкости. Нагреваемая снизу жидкость в емкостях поднимается выше, а влага большей плотности, соответственно, перемещается ниже. В случае нагрева сверху более и менее плотные жидкости останутся на своих местах, в таком случае явления не произойдет.

Возникновение понятия

Впервые термин «конвекция» был предложен английским ученым Вильямом Прутом еще в 1834 году. Использовался он для описания перемещения тепловых масс в нагретых, движущихся жидкостях.

Первые теоретические исследования явления конвекции стартовали лишь в 1916 году. В ходе экспериментов было установлено, что переход от диффузии к конвекции в подогреваемых снизу жидкостях возникает при достижении некоторых критических температурных значений. Позже это значение получило определение «число Роэля». Оно было так названо в честь исследователя, занимавшегося его изучением. Результаты опытов позволили дать объяснение перемещению тепловых потоков под влиянием сил Архимеда.

Виды конвекции

Существует несколько видов описываемого нами явления – естественная и вынужденная конвекция. Пример перемещения потоков горячего и холодного воздуха в середине помещения как нельзя лучше характеризует процесс естественной конвекции. Что касается вынужденной, то ее можно наблюдать при перемешивании жидкости ложкой, насосом или мешалкой.

Конвекция невозможна при нагревании твердых тел. Всему виной достаточно сильное взаимное притяжение при колебании их твердых частиц. В результате нагрева тел твердой структуры не возникают конвекция, излучение. Теплопроводность заменяет указанные явления в таких телах и способствует передаче тепловой энергии.

Отдельным видом выступает так называемая капиллярная конвекция. Происходит процесс при перепадах температуры во время движения жидкости по трубам. В естественных условиях значение такой конвекции наряду с естественной и вынужденной крайне несущественно. Однако в космической технике капиллярная конвекция, излучение и теплопроводность материалов становятся весьма значимыми факторами. Даже самые слабые конвективные движения в условиях невесомости приводят к затруднению реализации некоторых технических задач.

Конвекция в слоях земной коры

Процессы конвекции неразрывно связаны с естественным образованием газообразных веществ в толще земной коры. Рассматривать земной шар можно как сферу, состоящую из нескольких концентрических слоев. В самом центре располагается массивное горячее ядро, которое представляет собой жидкую массу высокой плотности с содержанием железа, никеля, а также прочих металлов.

Окружающими слоями для земного ядра выступают литосфера и полужидкая мантия. Верхний слой земного шара представляет собой непосредственно земную кору. Литосфера сформирована из отдельных плит, которые находятся в свободном движении, перемещаясь по поверхности жидкой мантии. В ходе неравномерного нагревания различных участков мантии и горных пород, которые отличаются разным составом и плотностью, происходит образование конвективных потоков. Именно под воздействием таких потоков возникает естественное преобразование ложа океанов и перемещение несущих континентов.

Отличия конвекции от теплопроводности

Под теплопроводностью следует понимать способность физических тел к передаче тепла посредством движения атомных и молекулярных соединений. Металлы выступают отличными проводниками тепла, так как их молекулы находятся в неразрывном контакте друг с другом. Напротив, газообразные и летучие вещества выступают плохими проводниками тепла.

Как происходит конвекция? Физика процесса основывается на переносе тепла за счет свободного движения массы молекул веществ. В свою очередь, теплопроводность заключается исключительно в передаче энергии между составляющими частицами физического тела. Однако и тот, и другой процесс невозможен без наличия частиц вещества.

Примеры явления

Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Циркуляция охлажденного газа фреона по трубам холодильной камеры приводит к снижению температуры верхних пластов воздуха. Соответственно, замещаясь более теплыми потоками, холодные опускаются вниз, охлаждая, таким образом, продукты.

Расположенная на тыльной панели холодильника решетка играет роль элемента, способствующего отводу теплого воздуха, образованного в компрессоре агрегата во время сжатия газа. Охлаждение решетки также основывается на конвективных механизмах. Именно по этой причине не рекомендуется загромождать пространство позади холодильника. Ведь только в таком случае охлаждение может происходить без затруднений.

Другие примеры конвекции можно заметить, наблюдая за таким природным явлением, как движение ветра. Нагреваясь над засушливыми континентами и охлаждаясь над местностью с более суровыми условиями, потоки воздуха начинают вытеснять друг друга, что приводит к их движению, а также перемещению влаги и энергии.

На конвекции завязана возможность парения птиц и планеров. Менее плотные и более теплые воздушные массы при неравномерном нагревании у поверхности Земли приводят к образованию восходящих потоков, что способствует процессу парения. Для преодоления максимальных расстояний без затраты сил и энергии птицам требуется умение находить подобные потоки.

Хорошие примеры конвекции – образование дыма в дымоходах и вулканических кратерах. Перемещение дыма вверх основано на его более высокой температуре и низкой плотности по сравнению с окружающей средой. При остывании дым постепенно оседает в нижние слои атмосферы. Именно по этой причине промышленные трубы, посредством которых происходит выброс вредных веществ в атмосферу, делают максимально высокими.

Наиболее распространенные примеры конвекции в природе и технике

Среди наиболее простых, доступных для понимания примеров, которые можно наблюдать в природе, быту и технике, следует выделить:

• движение воздушных потоков во время работы бытовых батарей отопления;
• образование и движение облаков;
• процесс движения ветра, муссонов и бризов;
• смещение тектонических земных плит;
• процессы, которые приводят к свободному газообразованию.

Приготовление пищи

Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах. Газовый шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов.

Нагрев воздуха в традиционном духовом шкафу основывается на работе единственной горелки, что приводит к неравномерному распределению тепла. За счет целенаправленного перемещения горячих потоков воздуха при помощи специализированного вентилятора блюда в конвекционном духовом шкафу получаются более сочными, лучше пропекаются. Такие устройства быстрее нагреваются, что позволяет уменьшить время, требуемое на приготовление пищи.

Естественно, для хозяек, которые готовят в духовом шкафу всего лишь несколько раз в год, бытовой прибор с функцией конвекции нельзя назвать техникой первой необходимости. Однако для тех, кто не может жить без кулинарных экспериментов, такое устройство станет просто незаменимым на кухне.

Надеемся, представленный материал оказался полезным для вас. Всего доброго!

КОНВЕКЦИЯ — это… Что такое КОНВЕКЦИЯ?

(от лат. convectio — доставка) — перенос массы в результате перемещения сплошной среды (газа, жидкости). Существуют различные виды К. в зависимости от причин, её порождающих; наиболее распространённые — свободная, вынужденная и капиллярная К.

Свободная (естеств.) К. возникает под действием архимедовых сил в поле силы тяжести, если имеют место неоднородности плотности в отд. местах среды, к-рые возникают в результате наличия в жидкости или газе разницы темп-р или концентраций примеси. Примером свободной К. является движение воздуха в помещении при наличии отопительного прибора (радиатора или печи). При увеличении темп-ры плотность газов уменьшается и нагретый воздух всплывает наверх, а его место занимает более холодный воздух, опускающийся вниз в др. части помещения. В результате в помещении развивается вихревое движение воздуха. Свободная К. играет важную роль как в технике, так и в природе, она определяет вертикальные перемещения воздушных масс в атмосфере и водяных масс в морях и океанах. См. также Конвективный теплообмен.

Вынужденная К. вызывается внеш. механич. воздействием на среду. Примерами вынужденной К. являются движение воздуха в помещении под действием вентилятора, течение жидкости в трубе под действием гидронасоса и др. При движении тела в покоящейся среде относительное движение среды в системе координат, связанной с телом, также представляет собой частный случай вынужденной К. Физ. процессы, происходящие при вынужденной К., связанной с движением тел с большими скоростями в атмосфере, моделируются в аэродинамических трубах, где воспроизводится обтекание неподвижных моделей потоком воздуха.

Капиллярная К. возникает в объёмах жидкости со свободной поверхностью при существовании вдоль такой поверхности перепадов поверхностного натяжения. Наиб. распространённой причиной появления таких перепадов является изменение темп-ры вдоль свободной поверхности (термокапиллярная К.), другая возможная причина — присутствие в жидкости поверхностно-активной примеси с изменяющейся концентрацией. Интенсивность капиллярной К. довольно мала. В обычных условиях она, как правило, не является существенной на фоне вынужденной или свободной К. Однако в космич. технике, в условиях свободного полёта за пределами атмосферы, когда интенсивность свободной К. становится весьма незначительной из-за невесомости, именно благодаря капиллярной К. в сосудах с жидкостью могут возникать слабые конвек-тивные движения, к-рые (как и свободноконвективные движения, порождаемые микрогравитацией) существенно затрудняют практич. реализацию условий невесомости. Н. А. Анфимов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Конвекция

Если вытянуть руку над горячей плитой или над горящей электрической лампочкой, можно ощутить, как над этими предметами поднимаются струи теплого воздуха. Листик бумаги, подвешенный над горящей свечей или электрической лампочкой, под воздействием поднимающегося теплого воздуха начинает вращаться.

Подобное явление можно объяснить следующим образом. Воздух соприкасается с горячей лампой, нагревается, расширяется и обретает менее плотное состояние, в отличие от окружающего холодного воздуха. Сила Архимеда, которая действует на теплый воздух со стороны холодного воздуха снизу вверх, превосходит силу тяжести, которая действует на теплый воздух. Таким образом, теплый воздух поднимается вверх, тем самым, уступая место холодному воздуху.

Подобные явления мы можем наблюдать при нагревании жидкости снизу. Теплые слои жидкости – менее плотные, а, следовательно, более легкие – вытесняются вверх более плотными и тяжелыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, нагреваются от источника тепла и снова вытесняются менее нагретой жидкостью. Таким образом, такое движение равномерно прогревает всю воду. Это можно увидеть более наглядно, если на дно сосуда положить немного кристалликов марганцовки, которая окрашивает воду в фиолетовый цвет. В подобных опытах мы можем наблюдать еще одну разновидность теплопередачи – конвекция (латинское слово «конвекцио» – перенесение).

Следует отметить, что при процессе конвекции энергия перемещается самими струями газа или жидкости. К примеру, в комнате с отоплением, благодаря явлению конвекции поток нагретого воздуха поднимается к потолку, а холодного опускается к полу. Таким образом, воздух вверху гораздо теплее, чем возле пола.

Существует два вида конвекции: естественная (или другими словами свободная) и вынужденная. Примеры с нагревом жидкости и воздуха в комнате являются примерами естественной конвекции. Мы можем наблюдать вынужденную конвекцию, когда перемешиваем жидкость ложкой, мешалкой, насосом.

Такие вещества как жидкости и газы необходимо нагревать снизу. Если же делать наоборот – нагревать их сверху, конвекции не будет. Теплые слои не могут физически опуститься ниже холодных, более плотных и тяжелых. Таким образом, для протекания процесса конвекции необходимо нагревать газы и жидкости снизу.

В твердых телах конвекция происходить не может. Нам уже известно, что в твердых телах, частицы колеблются около определенной точки, т.к. они удерживаются взаимным притяжением. Поэтому, при нагревании твердых тел, в них не может образовываться вещество. В твердых телах, энергия может передаваться за счет теплопроводности.

Конвекция широко распространена в природе: в нижних слоях земной атмосферы, морях, океанах, в недрах нашей планеты, на Солнце (в слоях до глубины ~20-30% радиуса Солнца от его поверхности). С помощью явления конвекции осуществляют нагрев газов, а также жидкостей в разных технических устройствах.

Простым примером конвекции может также послужить охлаждение продуктов в холодильнике. Циркулирующий по трубам холодильника газ фреон, охлаждает пласты воздуха в верхней части холодильника. Охлажденный воздух, спустившись вниз, охлаждает все продукты, а потом снова направляется вверх. Когда мы раскладываем продукты питания в холодильнике, не стоит затруднять циркуляцию воздуха в нем. Решетка, расположенная ссади холодильника, служит для отвода теплого воздуха, который образуется в компрессоре при сжатии газа. Механизм охлаждения решетки также конвективный, поэтому следует оставлять свободным пространство за холодильником, чтобы конвекция проходила без затруднений.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.