Konvektion

Abbildung 1. Ein Aufenthalt kühlt die Tür, da die heiße Luft (roter Pfeil) und weniger dichter aufsteigt und entkommt aus ihr. Quelle: Wikimedia Commons. Genieclimatique/CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)

Was ist Konvektion?

Der Konvektion Es ist einer der drei Mechanismen, in denen Wärme von einem heißeren Bereich auf kältere Übertragung übertragen wird. Es findet aufgrund der Bewegung der Masse einer Flüssigkeit statt, die flüssig oder gas sein kann. In jedem Fall ist immer ein materielles Medium erforderlich, damit dieser Mechanismus gegeben werden kann.

Je schneller die Bewegung des fraglichen Fluids ist, desto schneller wird die Wärmeenergieübertragung zwischen den Bereichen unterschiedlicher Temperatur liegen. Dies tritt kontinuierlich mit atmosphärischen Luftmassen auf: Flotbarkeit ist für den heißesten und weniger dichten Aufstieg verantwortlich, während der kälteste und dichte Rückgang.

Ein Beispiel hierfür ist der geschlossene Raum des Bildes, der unten sofort kühl ist.

Arten der Konvektion

Natürliche und erzwungene Konvektion

Figur 2. Beispiele für erzwungene Konvektion und natürliche Konvektion. Quelle: Cengel und. Thermodynamik.

Konvektion kann natürlich oder erzwungen sein. Im ersten Fall bewegt sich die Flüssigkeit alleine, wie beim Öffnen der Tür des Raum.

Verbreitung und Überwachung

Es kann auch zwei Varianten geben: Diffusion Und Unterstützung. Bei der Diffusion bewegen sich Flüssigkeitsmoleküle mehr oder weniger zufällig und die Wärmeübertragung ist langsam.

Andererseits wird im Umstart eine gute Menge Fluidteig bewegt, was erreicht werden kann, indem die Konvektion beispielsweise mit einem Lüfter erzwungen wird. Aber der Vorteil des Upstarts ist, dass es viel schneller ist als die Diffusion.

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Wie wird die Wärme durch Konvektion übertragen??

Ein einfaches mathematisches mathematisches Modell für die Wärmeübertragung von Konvektionen ist das Kühlgesetz von Newton. Betrachten Sie eine heiße Oberfläche A, die von kälterer Luft umgeben ist, damit der Temperaturunterschied klein ist.

Nennen wir das die übertragene und t gleichzeitig übertragene Wärme. Die Geschwindigkeit, mit der die Wärme übertragen wird.

Da Wärme Wärmeenergie ist, sind seine Einheiten im internationalen System Joule (J), daher kommt die Übertragungsrate in Joule/Sekunde, die Watts oder Watts (W) sind.

Diese Rate ist direkt proportional zur Temperaturdifferenz zwischen heißem und dem Medium, bezeichnet als als Δt und auch zur Oberfläche ZU des Objekts:

ΔT = Objektoberflächentemperatur - Temperatur vom Objekt weg

Die Verhältnismäßigkeitskonstante heißt H, Das ist das Konvektionswärmeübertragungskoeffizient und wird experimentell bestimmt. Die Einheiten im Internationalen System (SI) sind mit m/m². K, aber es ist üblich, es in Bezug auf Celsius oder Celsius Grad zu finden.

Es ist wichtig zu beachten.

Das Mathematik -Newton -Kühlgesetz kombiniert alle oben genannten und erwirbt diese Form:

dq/dt = ha Δt

Anwendung des Kühlgesetzes von Newton

Eine Person steht in der Mitte eines Raums 20 ° C, durch den eine leichte Brise weht. Was ist die Wärmerate, die die Person durch Konvektion in die Umwelt überträgt?? Angenommen, die exponierte Oberfläche beträgt 1.6 m² und die Oberflächentemperatur der Haut beträgt 29 ° C.

Tatsache: Der Wärmeübertragungskoeffizient durch Konvektion in diesem Fall beträgt 6 Gew/m². ºC

Lösung

Die Person kann Wärme an die Luft übertragen, die sie umgibt, da sie beim Blasen der Brise in Bewegung ist. Um die DQ/DT -Übertragungsrate zu finden, werden die Werte in der Newton -Gleichung für die Kühlung einfach ersetzt:

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DQ/dt = 6 w/m². ºC x 1.6 m² X (29 ºC - 20 ° C) = 86.4 w.

Konvektionsbeispiele

Erhitzen Sie Ihre Hände in einem Feuer

Es ist üblich, Ihre Hände zu erhitzen, indem Sie sich einem Feuer oder einem heißen Toaster nähern, da die Luft, die die Wärmequelle umgibt. Während dieser Zirkulation wickelt sich diese heiße Luft um und erwärmt Ihre Hände.

Figur 3. Eine Möglichkeit, Ihre Hände zu erhitzen, besteht

Luftfluss an der Küste

An der Küste ist das Meer kälter als die Erde, so dass die Luft auf der Erde erhitzt und steigt, während der kälteste ankommt und im Raum, der diesen anderen hinterlassen hat, beim Aufstieg festgelegt ist.

Das nennt man Konvektionszelle Und es ist der Grund, warum er sich kühler fühlt, wenn er auf das Meer schaut und die Brise an einem heißen Tag gegen sein Gesicht bläst. Nachts kommt es im Gegenteil, die frische Brise kommt von Land.

Der Wasserkreislauf

Die natürliche Konvektion tritt an der Luft an der ozeanischen Küste auf, in der der hydrologische Zyklus verwendet wird, in dem Wasser durch Sonnenstrahlung erhitzt und verdampft wird. So bildete Wasserdampf aufsteiger, kühlt und kondensiert Wolken, deren Massen durch Konvektion zunehmen und aufsteigen.

Durch Erhöhen der Größe des Wassertropfens kommt es zu einer Zeit, in der das Wasser in Form von Regenfällen, fest oder flüssig, abhängig von der Temperatur ausgefällt wird.

Wasser in einem Behälter kochen

Wenn das Wasser in die Teekanne oder in den Topf gelegt wird. Dann dehnt sich das Wasser aus und seine Dichte nimmt ab, daher steigt auf und das kältere Wasser nimmt seinen Platz am Boden des Behälters ein.

Kann Ihnen dienen: mechanische Energie: Formeln, Konzept, Typen, Beispiele, Übungen Figur 4. Konvektionswasserheizung. Quelle: Wikimedia Commons. Benutzer: Oni lukos/cc By-SA (http: // creativeCommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/).

Auf diese Weise zirkulieren alle Schichten schnell und die gesamte Wassermasse wird erhitzt. Dies ist ein gutes Beispiel für die Überwachung.

Windgenerierung

Die Konvektion in den Luftmassen, zusammen mit der Erdrotationsbewegung.

Ozeanische Strömungen

Wasser verhält sich ähnlich wie die Luft in der Atmosphäre. Das wärmere Wasser liegt fast immer nahe an der Oberfläche, während das kälteste Wasser tiefer ist.

Dinamo -Effekt

Es tritt im geschmolzenen Kern des Innenraums des Planeten auf, wo es mit der Rotationsbewegung der Erde kombiniert wird, wodurch elektrische Ströme erzeugt werden, die zum Magnetfeld der Erde führen.

Energieübertragung in den Sternen

Sterne wie die Sonne sind riesige Gaskugeln. Die Konvektion ist dort ein effizienter Energietransportmechanismus, da gasförmige Moleküle genug Freiheit haben, sich zwischen den Bereichen innerhalb der Sterne zu bewegen.

Konvektionsanträge

Klimaanlagen

Die Klimaanlage befindet sich in der Nähe des Daches der Räume, so dass die abgekühlte Luft, die dichter ist, schnell näher am Boden herabsteigen und abkühlen.

Wärmetauscher

Es ist ein Gerät, das die Übertragung von Wärme von einer Flüssigkeit auf eine andere ermöglicht und das Betriebsprinzip der Klimaanlagen und die Motorkühlmechanismen des Autos ist, zum Beispiel.

Wärmeisolatoren unter Konstruktionen

Sie werden durch Kombinieren von Platten mit Isoliermaterial und Hinzufügen von Luftblasen im Inneren hergestellt.

Kühltürme

Sie werden auch Kühltürme bezeichnet und dienen dazu, Wärme zu entsorgen, die von nuklearen Zentralen, Ölraffinerien und anderen verschiedenen Industrieanlagen erzeugt werden, anstatt dies zu landen oder zu Wasser.

Verweise

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