что такое конвекция примеры
Примеры конвекции
Конвекция возникает, когда тепло передается через газ или жидкость более горячим материалом, перемещающимся в более прохладную зону. Узнайте, что такое конвекция на самом деле, и рассмотрите несколько
Содержание:
Конвекция возникает, когда тепло передается через газ или жидкость более горячим материалом, перемещающимся в более прохладную зону. Узнайте, что такое конвекция на самом деле, и рассмотрите несколько примеров этого явления.
Что такое конвекция?
Повседневные примеры конвекции
Существует множество примеров конвекции в повседневной жизни, в том числе несколько обычных бытовых явлений.
Примеры конвекции в метеорологии
Примеры конвекции, связанной с движением воздуха
Хотя конвекция и погодные явления наблюдаются реже, чем повседневные примеры, существует ряд других примеров конвекции, связанной с движением воздуха.
Примеры конвекции, относящиеся к геологии
Хотя влияние геологической конвекции нельзя наблюдать в реальном времени, она сильно влияет на мир природы. С конвекцией связан ряд природных явлений, связанных с геологией.
Конвекция, связанная со звездами
Хотя звезды не находятся ниже поверхности Земли, вы также можете увидеть принципы конвекции в действии, если учесть конвекцию, связанную со звездами, которую также можно назвать звездной конвекцией. У звезды есть зона конвекции, в которой энергия перемещается за счет конвекции. За пределами активной зоны находится зона излучения, в которой движется плазма. Конвекционный ток образуется, когда плазма поднимается, а остывшая плазма опускается.
Осмысление конвекции
Эти различные примеры конвекции показывают, как конвекция возникает во многих антропогенных и природных явлениях. Теперь, когда вы знакомы с примерами конвекции, подумайте о том, чтобы расширить свои знания о связанных научных явлениях. Начните с изучения десяти примеров конденсации, распространенных в реальной жизни.
Конвекция
Содержание
Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение. В прошлом уроке вы познакомились с теплопроводностью. При этом явлении внутренняя энергия передается от одной части тела к другой или от одного тела к другому. Это тесно связано со структурой рассматриваемого вещества и тепловым движением частиц в нем.
Когда мы будем говорить о конвекции, речь будет идти не о движении отдельных частиц, а о движении групп частиц. В данном уроке мы выясним определяющую разницу явления конвекции от теплопроводности и дадим ему определение. Далее рассмотрим конвекцию в жидкостях и газах, узнаем это явление в бытовых примерах и природе.
Определение конвекции
Возьмем пробирку и наполним ее водой. Начнем нагревать верхнюю часть пробирки пламенем спиртовки (рисунок 1, а).
Вода на поверхности пробирки закипит, тогда как у ее дна она останется просто теплой. Этот пример определяется теплопроводностью воды. Она у жидкостей невелика.
А теперь проделаем такой же опыт, но с небольшим изменением. Переместим пламя спиртовки в нижнюю часть пробирки (рисунок 1, б).
На этот раз вода в пробирке по всему объему достаточно быстро нагреется и закипит. Значит, здесь перенос энергии осуществляется не за счет теплопроводности жидкости, а на основании другого явления – конвекции.
Конвекция (от лат. конвекцио – перенесение) – это вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями газа или жидкости.
Конвекция в жидкостях
Когда мы нагреваем жидкость снизу, в первую очередь нагревается самый нижний слой воды. Он становится теплее остальной жидкости. При нагревании вода расширяется и ее плотность уменьшается. Такой слой воды становится более легким. В итоге, нагретые слои вытесняются вверх более тяжелыми холодными слоями.
Холодные слои, опустившись вниз, нагреваются от источника тепла. Далее они тоже вытесняются менее нагретой водой.
Благодаря такому постоянному движению, вода равномерно нагревается.
Такое движение слоев объясняется действием архимедовой силы. При увеличении объема нагретого слоя, увеличивается действующая на него архимедова сила. Она становится больше силы тяжести, действующей на данный слой. Он поднимается наверх.
Наглядно это можно пронаблюдать на опыте, изображенном на рисунке 3.
Здесь в жидкость добавляют марганцовку и начинают ее нагревать. Нагретая в пламени свечи вода начинает расширяться и поднимается наверх. Так как вода окрашена неравномерно, легко пронаблюдать циркуляцию.
Конвекция в газах
Если мы поместим руку над горячей плитой, то почувствуем, как над ней поднимаются теплые струи воздуха. Это происходит конвекция в воздухе.
Пронаблюдаем это явление на опыте (рисунок 4). У нас есть вертушка и свечи, расположенные под ней.
После того как мы зажжем все свечи, мы увидим, что вертушка начала вращаться. Что же здесь происходит?
Воздух, соприкасающийся с пламенем свечей, нагревается, расширяется и становится менее плотным. На него со стороны холодного воздуха действует сила Архимеда снизу вверх. Эта сила становится больше силы тяжести, действующей на теплый воздух. В итоге, теплый воздух начинает подниматься вверх, а его место занимает холодный воздух.
Если мы будем постепенно тушить свечи, то увидим, что скорость вращения вертушки начинает снижаться. Это связано с уменьшением объема циркулирующего воздуха.
Свойства и виды конвекции
Мы выясняли (рисунок 1, а), что если подогревать жидкость не снизу, то конвекция не будет происходить. То же самое справедливо и для конвекции в газах. Нагретые слои не смогут опуститься ниже холодных, более тяжелых. Значит,
для осуществления конвекции в жидкостях и газах необходимо нагревать их снизу.
Может ли происходить конвекция в твердых тела? В твердых телах частицы совершают колебания около определенных положений. Их удерживает сильное взаимное притяжение. В такой ситуации невозможно образование потоков вещества, как в жидкостях или газах. Следовательно,
конвекция не может происходить в твердых телах.
Конвекция бывает двух видов (рисунок 5):
Примерами естественной конвекции являются все примеры, которые мы рассмотрели выше.
Вынужденная конвекция наблюдается, например, если мы используем веер или перемешиваем жидкость ложкой.
Конвекция в быту и природе
Явление конвекции легко просматривается в наших квартирах. Когда в холодное время работает отопление, в комнатах постоянно происходит ощутимая циркуляция воздуха (рисунок 6).
Отметьте для себя тот факт, что в явлении конвекции кроется причина того, что отопительные батареи размещают в нижней части стен, ближе к полу.
Иногда в одной комнате бывает теплее, чем в соседней. Например, стоит дополнительная батарея или работает печка в кухне. В дверном проеме между такими комнатами можно обнаружить потоки воздуха (рисунок 7).
Холодный воздух будет иметь большую плотность и находится внизу. Если мы подставим пламя зажигалки внизу дверного проема, то увидим, что холодный воздух двигается в более теплую комнату. Если же поместим горящую зажигалку в верхнюю часть проема, то пламя отклонится в другую сторону. Так теплый воздух движется в холодную комнату.
Яркий пример конвекции в природе – это ветер. Наша атмосфера по всей Земле прогревается неодинаково. Из-за разного нагрева воздуха в жарких тропиках и полярных областях возникает мощное конвекционное движение воздуха – образуются ветра.
Пассаты – ветра, дующие от субтропических областей с экватору – частично образуются из-за неравномерного нагревания земной поверхности. Из-за вращения Земли, потоки воздуха отклоняются от меридиана (рисунок 8). Поэтому в Северном полушарии пассаты движутся в северо-восточном направлении, а в Южном – в юго-восточном направлении.
Ветра способствуют образования течений. Верхние слои воды (поверхностное течение) движутся в направлении постоянно дующего ветра (рисунок 9). Так, теплые и холодные течения – пример вынужденной конвекции.
Ветер на берегах морей – бриз – также образуется за счет конвекции (рисунок 10).
В теплое время года суша днем прогревается сильнее, чем море. Нагретые слои воздуха поднимаются вверх. Их давление становится меньше давления более холодного воздуха. Так, днем воздух дует с моря (дневной бриз), потому что прохладный воздух замещает собой теплый. Ночью все происходит наоборот – вода в море остывает медленнее, чем поверхность суши. Ветер дует с суши на море – образуется ночной бриз.
10+ Список примеров конвекции и критических часто задаваемых вопросов
Кипящая вода:
При кипячении воды возникает конвекция. Тепло от горелки заставляет холодную воду у основания нагреться и подняться наверх. Пока он поднимается, холодная вода перемещается к основанию, заменяя его, что приводит к круговому движению.
Кровообращение:
Конвекция используется теплокровными животными для регулирования температуры своего тела, что может стать неожиданностью для некоторых людей. В человеческом теле циркуляция крови является примером принудительной конвекции, так как сердце человека работает как насос. Клетки тела, которые производят тепло во время своей работы, передают тепловую энергию воздуху или воде, движущейся по коже.
Кондиционер:
В жаркий летний день требуется постоянное использование кондиционеров. Охлаждение воздуха в кондиционерах осуществляется за счет использования принципа конвекционного охлаждения. Кондиционеры отвечают за выпуск холодного воздуха в атмосферу. Тяжелый холодный воздух, который тяжелее теплого воздуха, движется к основанию судна. Из-за того, что теплый воздух менее плотный, чем холодный, кондиционер поднимается и втягивается. Таким образом создается конвекционный поток, и комната охлаждается.
Кредиты изображений: Автор фотографии Карлос Линднер on Unsplash
Радиатор:
Радиаторы работают так же, как и кондиционеры. Нагревательный элемент расположен внизу радиаторов. Поскольку холодный воздух плотный, он опускается и втягивается в радиатор, нагревается и выпускается. Холодный воздух заменяется горячим, который заполняет пустоты, оставленные холодным воздухом. В результате создается конвекционное течение.
Холодильник:
Принцип работы холодильников очень похож на кондиционер. В случае холодильников морозильная камера располагается сверху. Как указывалось ранее, поскольку теплый воздух менее плотный, он поднимается вверх и, таким образом, охлаждается в морозильной камере. Поскольку этот прохладный воздух более плотный, он опускается вниз и, таким образом, помогает поддерживать охлаждение нижней части холодильника.
Воздушный шар:
Принцип конвекции отвечает за способность воздушных шаров подниматься. Возможно, вы видели обогреватель у основания воздушного шара. Этот обогреватель нагревает воздух по мере его подъема. В воздушном шаре поднимается горячий воздух, в результате чего воздушный шар тоже поднимается. Когда воздушный шар собирается приземлиться, пилот выпускает часть горячего воздуха. Воздушный шар опускается, поскольку горячий воздух заменяется холодным.
Изображение предоставлено: Автор фотографии Уолтер Ли Оливарес де ла Крус on Unsplash
Осадки и гроза:
Можно увидеть роль конвекции при дождях и грозах. Мы знаем, что когда теплая вода поднимается на поверхность океана, образуется облако. Затем эти теплые капли воды насыщаются, в результате чего образуются облака. Небольшие облака, образованные в результате этого процесса, сталкиваются друг с другом, образуя более крупные облака. Эти большие облачные образования, также известные как кучево-дождевые облака, вызывают дожди и грозы.
Таяние льда:
Кредиты изображений: Автор фотографии ЭРИК ЖУ on Unsplash
Конвекционные печи:
Большинство духовок работают по принципу конвекции. Принудительная конвекция, тип конвекции, используется в духовках. Из-за нагрева молекулы в воздухе нагреваются и начинают двигаться быстрее. Благодаря циркуляции теплого воздуха внутри духовки пища внутри духовки готовится.
Кредиты изображений: Автор фотографии Стефан К. Асафти on Unsplash
Фен:
В качестве источника тепла используется нагревательный змеевик, который нагревает окружающий воздух. Чтобы подать теплый воздух к влажным волосам, вентилятор создает воздушный поток. Наконец, это приводит к передаче тепла от нагревательной спирали к волосам.
Кредиты изображений: Автор фотографии Адам Вингер on Unsplash
Видеокарта:
Тепло поглощается воздушным потоком, а затем уносится. Этот навесной вентилятор не всегда включен. Если чип не выделяет много тепла, например, если ему не нужно выполнять сложные вычисления для отображения графики, как в играх, вентилятор обычно выключен. Теплый воздух легче холодного, чего в этом сценарии достаточно для отвода тепла от радиатора. Это означает, что нагретый воздух поднимается сам по себе, унося с собой тепло. В результате для создания потока не требуется активный вентилятор, даже если это обычно делают вентиляторы ПК.
Кредиты изображений: Автор фотографии Кристиан Видигер on Unsplash
Критические часто задаваемые вопросы
Что такое конвекция?
Поток жидкости обеспечивает передачу тепловой энергии.
Если жидкость ближе к источнику тепла получает тепловую энергию, ее плотность уменьшается и она повышается. Затем эта жидкость заменяется более плотной холодная жидкость. Этот непрерывный цикл приводит к передаче тепловой энергии, называемой конвекцией.
Что такое конвекционный ток?
Движение, вызывающее движение.
Непрерывное молекулярное движение формирует круговое движение в жидкости, известное как конвекционный поток.
Какие бывают виды конвекции?
В зависимости от использования внешнего источника конвекцию можно разделить на два типа.
Естественная конвекция: Передача тепла механизм, который не полагается на внешнем источник жидкости движение. Например, Морской бриз.
Принудительная конвекция: Механизм теплопередачи, зависящий от внешнего источника, такого как насосы или вентиляторы. Например, водяные гейзеры.
В какой фазе происходит конвекция материалов?
Конвекция происходит в жидкости.
Что происходит после добавления горячей воды в холодную?
Для получения теплой воды необходимо смешать горячую и холодную воду.
Когда горячая вода добавляется к холодной, возникает конвекция. Из-за этого температура горячей воды понижается, в результате чего вода становится теплой.
Для получения дополнительных статей по передовой науке посетите наша страница.
Последние выпуски в области расширенной науки и исследований
Конвекция
Из Википедии — свободной энциклопедии
Конвекция (от лат. convectiō — «перенесение») — вид теплообмена (теплопередачи), при котором внутренняя энергия передаётся струями и потоками самого вещества. 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.
Конвекция
Урок 5. Физика 8 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Конвекция»
Конвекция — это один из способов теплопередачи, при котором энергия переносится струями жидкостей или газов. Наглядный пример конвекции — это ощущение тепла, электрической лампочки (не касаясь её), ощущение горячих струй воздуха, исходящих от раскаленного на солнце песка. Также, примерами конвекции могут являться дым, исходящий из печной трубы, облака и туман. Все эти явления происходят по причине неравномерного нагрева газов или жидкостей. Теплые слои стремятся переместиться выше, а холодные — напротив, опускаются. Мы уже знаем, что при нагревании тела расширяются, а значит, уменьшается их плотность. Теплый воздух стремится вверх, т.к. сила Архимеда, выталкивающая его из холодного воздуха, становится больше силы тяжести. Не следует путать это с теплопроводностью: теплый воздух сам поднимается, а не нагревает слои воздуха, которые выше. Таким образом, потоки теплого воздуха осуществляют перенос энергии.
Существует естественная и вынужденная конвекция. Примером естественной конвекции может быть равномерное нагревание или охлаждение жидкостей или газов. Скажем, вода в чайнике, постоянно циркулирует из-за того, что сначала нагреваются нижние слои воды. Эти нагретые слои вытесняются верхними холодными слоями, которые опускаются на дно и, в свою очередь нагреваются от источника тепла. Через какое-то время, температура нижних слоёв снова превысит температуру верхних, в результате чего, верхние слои вновь опустятся вниз. Подобный процесс происходит и с воздухом. Самый очевидный пример естественной конвекции в природе — это ветер.
Хорошо известно, что в разных областях Земли разный климат и, соответственно, неравномерно нагретый воздух. Более нагретый воздух в одной области вытесняется менее нагретым воздухом из другой области. Поскольку речь идёт о перемещении огромных масс воздуха на существенное расстояние, то сильные ветра — неудивительное явление.
Примером вынужденной конвекции в быту является, например, использование вентилятора или кондиционера, который перемешивают воздух. Также перемешивание какой-либо неравномерно нагретой жидкости — это вынужденная конвекция, т.к. потоки возникают не из-за разности температуры, а из-за механического перемещения частиц.
Исходя из объяснения процесса, можно сделать вывод, что для стимуляции конвекции нужно нагревать жидкости или газы снизу или же остужать их сверху. Ведь если их нагреть сверху или остудить снизу, все слои так и останутся на своем месте, и никакой циркуляции не произойдёт. Как раз поэтому, батареи устанавливаются поближе к полу, а кондиционеры — поближе к потолку.
Батарея нагревает нижние слои воздуха в комнате, которые всплывают вверх, а более холодные оседают, после чего тоже нагреваются батареей. Также происходит и с охлаждением: кондиционер охлаждает верхние слои воздуха, из-за чего те опускаются вниз, а их место занимают более теплые слои, после чего тоже охлаждаются.
Заметим ещё один важный пункт. Конвекция не может происходить в твердых телах, потому что, как мы уже знаем, в твердых телах частицы не перемещаются, а только колеблются.