Konwekcja grzegorz Flis I TR
advertisement
KONWEKCJA GRZEGORZ FLIS ITR Konwekcja – proces przekazywania ciepła związany z makroskopowym ruchem materii w płynie; gazie, cieczy bądź plazmie, np. powietrzu, wodzie, plazmie gwiazdowej. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła. Ruch ten precyzyjniej nazywa się prądem konwekcyjnym. KONWEKCJA JAKO PROCES WYRÓŻNIA SIĘ: KONWEKCJĘ SWOBODNĄ – RUCH PŁYNU JEST WYWOŁANY RÓŻNICAMI GĘSTOŚCI WYWOŁANYMI KONWEKCJĄ. KONWEKCJĘ WYMUSZONĄ – WYSTĘPUJE RUCH PŁYNU NIE WYNIKAJĄCY Z KONWEKCJI, WYWOŁYWANY PRZEZ CZYNNIKI ZEWNĘTRZNE URZĄDZENIA WENTYLACYJNE, WIATR ITP. W UKŁADACH FIZYCZNYCH CZĘSTO WYSTĘPUJE KONWEKCJA MIESZANA, BĘDĄCĄ ZŁOŻENIEM OBU TYPÓW KONWEKCJI. ILOŚĆ PRZEKAZANEGO CIEPŁA PRZEZ KONWEKCJĘ ZALEŻY OD SZYBKOŚCI RUCHU PŁYNU, DLATEGO W CELU ZWIĘKSZENIA PRZEKAZYWANIA CIEPŁA W KOMPUTERACH, CHŁODNICACH SAMOCHODOWYCH ITP. STOSUJE SIĘ WENTYLATORY ZWIĘKSZAJĄCE PRĘDKOŚĆ PRZEPŁYWU POWIETRZA. Rysunek przedstawia rozkład temperatury wywołany konwekcją (czerwień - wyższa temperatura, niebieski - niższa) uzyskany jako symulacja komputerowa. Gorące, lżejsze położone niżej warstwy tworzą pióropusze gorącej materii, podobnie chłodniejszy materiał z góry przenosi się w dół. W symulacji przyjęto parametry substancji takie jak konwekcji w płaszczu Ziemi. PRĄD KONWEKCYJNY KAŻDA KONWEKCJA WYNIKA Z ISTNIENIA PRĄDU KONWEKCYJNEGO. W KONWEKCJI NATURALNEJ PRĄD TEN POWODOWANY RÓŻNICĄ GĘSTOŚCI POMIĘDZY OBSZARAMI O RÓŻNEJ TEMPERATURZE W PŁYNIE. W STANIE STACJONARNYM PRĄDY KONWEKCYJNE TWORZĄ ZAMKNIĘTE PĘTLE - KOMÓRKI KONWEKCYJNE. KOMÓRKA KONWEKCYJNA, W DANYCH WARUNKACH (RÓŻNICY TEMPERATUR, LEPKOŚCI PŁYNU) MA PEWNE MINIMALNE ROZMIARY. JEŻELI OBJĘTOŚĆ, W KTÓREJ ZNAJDUJE SIĘ PŁYN, JEST MNIEJSZA OD MINIMALNEGO ROZMIARU KOMÓRKI KONWEKCYJNEJ, WÓWCZAS PRĄD KONWEKCYJNY NIE POWSTAJE I ZJAWISKO KONWEKCJI NIE ZACHODZI. EFEKT TEN MA KLUCZOWE ZNACZENIE W KONSTRUOWANIU MATERIAŁÓW IZOLACYJNYCH, W KTÓRYCH WYSTĘPUJĄ PRZESTRZENIE WYPEŁNIONE POWIETRZEM. PRZYKŁADY RUCHÓW KONWEKCYJNYCH: GORĄCE GAZY UNOSZĄCE SIĘ DO GÓRY NAD PŁOMIENIEM – ROZEDRGANE POWIETRZE TWORZĄCE DZIEŃ (NP. NAD ROZGRZANYM ASFALTEM) ŚREŻOGA WRAŻENIE MGŁY W GORĄCY I UPALNY DELIKATNY RUCH WODY PODCZAS PODGRZEWANIA (WIDOCZNY W NACZYNIU JAKO RUSZAJĄCA SIĘ DELIKATNA "MGIEŁKA"). PRĄDY KONWEKCYJNE W ATMOSFERZE SĄ PRZYCZYNĄ POWSTAWANIA NIEKTÓRYCH RODZAJÓW CHMUR (GŁ. CHMUR KŁĘBIASTYCH: CUMULUS I CUMULONIMBUS). Powstawanie komórek konwekcyjnych KONWEKCJA CIEPŁA POWIETRZE W POKOJU OGRZEWA SIĘ OD ROZGRZANEGO PIECA LUB GRZEJNIKA KALORYFERA. NAJPIERW OGRZEWA SIĘ WARSTWA POWIETRZA POŁOŻONEGO BLISKO PIECA LUB GRZEJNIKA. OGRZANE POWIETRZE ROZSZERZA SIĘ, JEGO GĘSTOŚĆ STAJE SIĘ MNIEJSZA I UNOSI SIĘ ONO DO GÓRY. NA JEGO MIEJSCE WCHODZI POWIETRZE CHŁODNE, KTÓRE NASTĘPNIE TAKŻE SIĘ OGRZEWA I UNOSI DO GÓRY. NASTĘPUJE KRĄŻENIE (CYRKULACJA) POWIETRZA PO POKOJU; NOSI ONO NAZWĘ PRĄDÓW KONWEKCYJNYCH, A SAMO ZJAWISKO POWSTAWANIA PRĄDÓW NOSI NAZWĘ KONWEKCJI. JEŚLI PIEC STOI PRZY ŚCIANIE NAPRZECIW OKNA TO CHŁODNE POWIETRZE PRZESUWA SIĘ NAD PODŁOGĄ OD OKNA DO PIECA, TAM OGRZEWA SIĘ I UNOSI DO SUFITU, A POD SUFITEM PRZESUWA SIĘ W STRONĘ OKNA, TAM OCHŁADZA SIĘ I OPADA KU DOŁOWI. TEMPERATURA W POKOJU JEST WIĘC STALE NIŻSZA NAD PODŁOGĄ, A WYŻSZA POD SUFITEM, CO JEST NIEKORZYSTNE. W PRZYPADKU OGRZEWANIA POMIESZCZEŃ KALORYFEREM USTAWIONYM POD OKNEM, PRĄD POWIETRZA CIEPŁEGO UNOSZĄCEGO SIĘ ZNAD KALORYFERA ODDZIELA POKÓJ OD POWIETRZA OCHŁODZONEGO PRZYCHODZĄCEGO OD STRONY OKIEN. W POKOJU JEST WIĘC BARDZIEJ WYRÓWNANA TEMPERATURA, ALE POWIETRZE ZAWIERA MNIEJ PARY WODNEJ (JEST BARDZIEJ SUCHE) I KONIECZNE JEST NAWILŻANIE. OBECNIE CORAZ SZERZEJ STOSUJE SIĘ OGRZEWANIE PODŁOGOWE I NASTĘPUJE OD DOŁU RÓWNOMIERNE OGRZEWANIE CAŁEGO POMIESZCZENIA. NIE MA POTRZEBY OGRZEWANIA POWIETRZA POD OKNEM, BOWIEM NOWE OKNA SĄ SZCZELNE I NIE PRZEWODZĄ CIEPŁA. W PIWNICY ALBO NIEZBYT GŁĘBOKIEJ KOPALNI LATEM TEMPERATURA JEST ZDECYDOWANIE NIŻSZA, NIŻ NA POWIERZCHNI. CIEPŁE POWIETRZE NIE MOŻE SIĘ PRZECIEŻ PRZEMIESZCZAĆ W DÓŁ, A ZIMNE DO GÓRY. NIE MA WIĘC KONWEKCJI, A TO GŁÓWNIE DZIĘKI NIEJ NASTĘPUJE WYMIANA CIEPŁA W GAZACH. BRAK RUCHU POWIETRZA POWODUJE, ŻE W PIWNICACH I SZTOLNIACH UTRZYMUJE SIĘ WILGOĆ. CIECZ W NACZYNIU NALEŻY PODGRZEWAĆ OD SPODU. GDY PODGRZEWAMY JĄ OD SPODU TO NASTĘPUJE UNOSZENIE CZĄSTECZEK CIEPŁEJ CIECZY DO GÓRY I OGRZEWA SIĘ CAŁA OBJĘTOŚĆ WODY. OGRZEWANIE GÓRNEJ LUB ŚRODKOWEJ CZĘŚCI NACZYNIA SPOWODUJE OGRZANIE JEDYNIE GÓRNEJ CZĘŚCI CIECZY. W CIAŁACH STAŁYCH KONWEKCJA NIE NASTĘPUJE, PONIEWAŻ CZĄSTECZKI NIE PORUSZAJĄ SIĘ RUCHEM POSTĘPOWYM. W GORĄCYCH KRAJACH LUDZIE NOSZĄ LUŹNE, BAWEŁNIANE STROJE. GORĄCE POWIETRZE NIE DOCIERA WÓWCZAS DO ICH CIAŁ DZIĘKI WARSTWIE POWIETRZA POMIĘDZY SKÓRĄ A UBRANIEM, A PRĄDY KONWEKCYJNE POD UBRANIEM ODPROWADZAJĄ ROZGRZANE CIEPŁE POWIETRZE NA ZEWNĄTRZ. KONWEKCJĘ CIEPŁA SPOTYKAMY W PRZYRODZIE. CIEPLEJSZA NIŻ POWIETRZE NAD NIĄ. POWIETRZE NAGRZANA SŁOŃCEM OGRZANE PRZEZ GÓRĘ, TWORZĄC KONWEKCYJNY PRĄD TERMICZNY. ZIEMIA JEST BYWA ZIEMIĘ UNOSI SIĘ W PTAKI WYKORZYSTUJĄ KONWEKCYJNE PRĄDY TERMICZNE, KRĄŻĄC W KONWEKCYJNYM PRĄDZIE POWIETRZA MOGĄ SIĘ WZNOSIĆ WYŻEJ BEZ MACHANIA SKRZYDŁAMI. W TAKI SAM SPOSÓB KORZYSTAJĄ Z PRĄDÓW KONWEKCYJNYCH PILOCI SZYBOWCÓW I LOTNI, ABY ZWIĘKSZYĆ WYSOKOŚĆ LOTU. PRZYKŁADEM KONWEKCJI SĄ RÓWNIEŻ PRĄDY MORSKIE. PRZENOSZĄ ONE CIEPŁE LUB ZIMNE MASY WODY I MAJĄ BARDZO DUŻY WPŁYW NA KLIMAT KRAIN GEOGRAFICZNYCH.
