Konwekcja to proces przekazywania energii na sposób cieplny
advertisement
Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki KOMÓRKI KONWEKCYJNE wewnątrz Słońca i na patelni Konwekcja to proces przekazywania energii na sposób cieplny poprzez makroskopowy ruch materii (płynu). Związany jest z różnicą temperatur, zależnością gęstości materii od temperatury i obecnością siły grawitacji. Ilustruje to rysunek po prawej stronie. Jest to wynik rzeczywistego eksperymentu, w którym mierzono temperaturę małej sondy, pływającej w podgrzewanej od dołu wodzie. Woda ogrzewa się przy dnie, jest następnie wypierana (jako ciecz o mniejszej gęstości), ochładza się oddając ciepło przy powierzchni naczynia, ale jednocześnie zwiększa się jej gęstość, więc opada do podgrzewanego dna. Procesy konwekcyjne są w przyrodzie powszechne tam, gdzie występują różnice temperatur w obrębie płynu. Ma to miejsce w ziemskiej atmosferze, gdzie są one jednym z czynników kształtujących pogodę. Y. Gasteuil et al., Langrangian Temperature, Velocity and Local Heat Flux Measurement in Rayleigh-Benard Convection. Można również znaleźć przykłady konwekcji w ciekawszych cieczach, np. w roztpionych skałach. Ta bardzo gęsta i gorąca ciecz wypełnia dużą część naszej planety, tworząc tzw. płaszcz Ziemi. Głebokie warstwy nagrzewają się w pobliżu jądra planety i wędrują ku powierzchni, jednocześnie ochładzając się. Tworzy się układ "komórek", w których następuje ruch płynnych skał. Strukturę komórek konwekcyjnych można zaobserwować również na Słońcu. Wobec braku twardej powierzchni, możemy przyjrzeć się bliżej strukturze komórek, utworzonych przez strumienie gorącej materii płynące z wnętrza gwiazdy. Zadziwiać może regularność niektórych kształtów. Fot. Thomas Berger, Royal Swedish Academy of Sciences Bardzo podobne komórki konwekcyjne możemy oglądać we własnej kuchni, przyrządając chociażby kawę i nie mieszając dokładniei po dolaniu mleka. Będziemy obesrwować powolny proces konwekcyjnego mieszania się cieczy, a jednocześnie na powierzchni powstaną wyraźnie zarysowane, nieregularne kształty komórek konwekcyjnych, jak na zdjęciu. Zachęcamy do własnych eksperymentów z obesrwacją komórek konwekcyjnych. Te po lewej stronie powstały na podgrzewanej wodzie po dodaniu cynamonu. Możemy łatwo dostrzec regularne, sześciokątne kształty komórek konwekcyjnych. Warto wypróbować różne rodzaje pyłów - pieprz, kawę, starty imbir. Obserwacje można prowadzić na różnych cieczach różniących się znacznie własnościami: wodzie, oleju spożywczym, mleku. Dobrze jest zadbać, by dolna powierzchnia naczynia była podgrzewana możliwie jednorodnie, żeby uniknąć asymetrii.
