Das Konvektion Es ist einer der drei Mechanismen, bei denen Wärme von einem wärmeren in einen kälteren Bereich übertragen wird. Es findet aufgrund der Bewegung der Masse eines Fluids statt, das eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann. In jedem Fall wird immer ein materielles Medium benötigt, damit dieser Mechanismus stattfinden kann..
Je schneller sich das betreffende Fluid bewegt, desto schneller wird Wärmeenergie zwischen Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen übertragen. Dies geschieht kontinuierlich mit atmosphärischen Luftmassen: Der Auftrieb sorgt dafür, dass die wärmeren und weniger dichten aufsteigen, während die kälteren und dichteren abfallen.
Ein Beispiel hierfür ist der geschlossene Raum im Bild, der sofort nach dem Öffnen der Türen oder Fenster aufgefrischt wird, da die heiße Luft von innen sogar durch die Risse entweicht und der Frischluft von außen Platz macht, die weiter unten bleibt.
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Konvektion kann natürlich oder erzwungen sein. Im ersten Fall bewegt sich die Flüssigkeit von selbst, wie beim Öffnen der Raumtür, während sie im zweiten Fall beispielsweise von einem Ventilator oder einer Pumpe angetrieben wird.
Es kann auch zwei Varianten geben: Diffusion Y. Advektion. Bei der Diffusion bewegen sich die Fluidmoleküle mehr oder weniger zufällig und die Wärmeübertragung ist langsam..
Andererseits bewegt sich bei der Advektion eine gute Menge an Fluidmasse, was beispielsweise durch Erzwingen der Konvektion mit einem Ventilator erreicht werden kann. Der Vorteil der Advektion ist jedoch, dass sie viel schneller als die Diffusion ist.
Ein einfaches mathematisches Modell der konvektiven Wärmeübertragung ist das Newtonsche Gesetz der Kühlung. Stellen Sie sich eine heiße Oberfläche des Bereichs A vor, die von kühlerer Luft umgeben ist, sodass der Temperaturunterschied gering ist.
Nennen wir Q die übertragene Wärme und t die Zeit. Die Geschwindigkeit, mit der Wärme übertragen wird, ist dQ / dt oder wird aus der Funktion Q (t) in Bezug auf die Zeit abgeleitet.
Da Wärme Wärmeenergie ist, sind ihre Einheiten im internationalen System Joule (J), daher wird die Übertragungsrate in Joule / Sekunde angegeben, die Watt oder Watt (W) sind..
Diese Rate ist direkt proportional zur Temperaturdifferenz zwischen dem heißen Objekt und dem Medium, bezeichnet als ΔT und auch auf die Oberfläche ZU des Objekts:
ΔT = Temperatur auf der Oberfläche des Objekts - Temperatur vom Objekt weg
Die Proportionalitätskonstante heißt h, was ist er Konvektionswärmeübergangskoeffizient und wird experimentell bestimmt. Seine Einheiten im Internationalen System (SI) sind W / mzwei. K, aber es ist üblich, es in Grad Celsius oder Celsius zu finden.
Es ist wichtig zu beachten, dass dieser Koeffizient keine Fluideigenschaft ist, da er von mehreren Variablen abhängt, wie z. B. der Geometrie der Oberfläche, der Geschwindigkeit des Fluids und anderen Eigenschaften..
Das mathematisch Newtonsche Gesetz der Abkühlung kombiniert all das oben Genannte und hat folgende Form:
dQ / dt = hA & Dgr; T.
Eine Person steht mitten in einem Raum von 20 ° C, durch den eine leichte Brise weht. Wie hoch ist die Wärmegeschwindigkeit, die die Person durch Konvektion an die Umwelt überträgt? Angenommen, die exponierte Oberfläche beträgt 1,6 mzwei und die Oberflächentemperatur der Haut beträgt 29 ºC.
Tatsache: Der Konvektionswärmeübergangskoeffizient beträgt in diesem Fall 6 W / mzwei. ºC
Die Person kann Wärme an die Luft um sie herum übertragen, da sie sich bewegt, wenn die Brise weht. Um die Übertragungsrate dQ / dt zu ermitteln, geben Sie die Werte einfach in die Newtonsche Gleichung für die Kühlung ein:
dQ / dt = 6 W / mzwei. ºC x 1,6 mzwei x (29 ° C - 20 ° C) = 86,4 W..
Es ist üblich, die Hände zu wärmen, indem Sie sie in die Nähe eines Lagerfeuers oder eines heißen Toasters bringen, da sich die Luft, die die Wärmequelle umgibt, erwärmt und ausdehnt und steigt, weil sie weniger dicht ist. Während es zirkuliert, umhüllt und wärmt diese warme Luft die Hände.
An der Küste ist das Meer kälter als das Land, daher erwärmt sich die Luft über dem Land und steigt auf, während die kältere Luft ankommt und sich in dem Raum niederlässt, den dieser andere beim Aufstieg hinterlässt..
Das nennt man Konvektionszelle Und es ist der Grund, warum es sich kühler anfühlt, wenn Sie auf das Meer schauen und die Brise an einem heißen Tag gegen Ihr Gesicht weht. Nachts passiert das Gegenteil, die kühle Brise kommt vom Land.
Natürliche Konvektion tritt in der Luft der ozeanischen Küsten während des Wasserkreislaufs auf, in dem Wasser dank Sonneneinstrahlung erwärmt und verdampft wird. Der so gebildete Wasserdampf steigt auf, kühlt ab und kondensiert zu Wolken, deren Massen durch Konvektion zunehmen und aufsteigen..
Mit zunehmender Größe der Wassertröpfchen fällt das Wasser je nach Temperatur in Form von festem oder flüssigem Regen aus..
Wenn das Wasser in den Wasserkocher oder Topf gegeben wird, werden die Schichten, die dem Boden am nächsten liegen, zuerst erhitzt, da die Flamme oder Wärme vom Brenner am nächsten ist. Dann dehnt sich das Wasser aus und seine Dichte nimmt ab, daher steigt es an und das kältere Wasser nimmt seinen Platz am Boden des Behälters ein..
Auf diese Weise zirkulieren alle Schichten schnell und der gesamte Wasserkörper erwärmt sich. Dies ist ein gutes Beispiel für Advektion.
Die Konvektion in Luftmassen erzeugt zusammen mit der Rotationsbewegung der Erde Winde, da sich kalte Luft unter heißer Luft bewegt und zirkuliert und verschiedene Ströme erzeugt, die als Konvektionsströme bezeichnet werden..
Wasser verhält sich ähnlich wie Luft in der Atmosphäre. Wärmeres Wasser befindet sich fast immer in der Nähe der Oberfläche, während kälteres Wasser tiefer ist.
Es kommt im geschmolzenen Kern des Inneren des Planeten vor, wo es sich mit der Rotation der Erde verbindet und elektrische Ströme erzeugt, die das Erdmagnetfeld erzeugen..
Sterne wie die Sonne sind riesige Gaskugeln. Die Konvektion ist dort ein effizienter Energietransportmechanismus, da die gasförmigen Moleküle genügend Freiheit haben, sich zwischen Bereichen des Inneren der Sterne zu bewegen..
Die Klimaanlage befindet sich in der Nähe der Raumdecke, so dass die gekühlte Luft, die dichter ist, schnell abfällt und sich näher am Boden abkühlt.
Es ist eine Vorrichtung, die die Übertragung von Wärme von einer Flüssigkeit zu einer anderen ermöglicht und beispielsweise das Funktionsprinzip von Klimaanlagen und Kühlmechanismen des Automotors ist.
Sie werden hergestellt, indem Isolierfolien kombiniert und Luftblasen hinzugefügt werden.
Sie werden auch Kühltürme genannt und dienen dazu, die von Kernkraftwerken, Ölraffinerien und anderen verschiedenen Industrieanlagen erzeugte Wärme an die Luft anstatt an den Boden oder das Wasser abzugeben.
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