Co to jest darmowa konwekcja?

Wolna konwekcja, znana również jako konwekcja naturalna, jest zjawiskiem, które występuje, gdy płyn lub gaz porusza się w wyniku zmian gęstości, które występują w nim, a nie w odpowiedzi na zewnętrzne źródło ruchu, takiego jak wentylator lub turbina.Naturalną konwekcję można zobaczyć, co nie jest zaskoczeniem w naturze, gdzie odgrywa rolę w wielu różnych procesach naturalnych, a także można ją zobaczyć w kontrolowanych przez człowieka, od kuchni po laboratorium chemii.Różni się to od wymuszonej konwekcji, w której ruch jest wymuszany przez ruch urządzenia takiego jak wentylator, jak widać w piecu konwekcyjnym.

Naturalna konwekcja występuje, gdy płyny stają się niestabilne.Jeden obszar staje się cieplejszy niż reszta, tracąc gęstość i zaczyna rosnąć, tworząc mały prąd.W miarę wzrostu ciepła jest przenoszone do otaczającego chłodniejszego płynu.Pojawiają się prądy i wiry.W prostym przykładzie naturalnej konwekcji, jeśli upuszcza się gorącą wodę barwioną kolorystyką spożywczą w przezroczystą szklaną miskę z nieudaną zimną wodą, możliwe będzie prześledzenie ruchu barwionej wody, aż mieszanina się ustabilizuje, a ruch zatrzyma się.

Prawo chłodzenia Newtons odgrywa kluczową rolę w bezpłatnej konwekcji.Według Newtona szybkość zmiany temperatury w płynie może być postrzegana jako proporcjonalna do różnicy między płynem a otoczeniem.Wpływa to na swobodną konwekcję, ponieważ zmieniające się temperatury powodują niestabilność, co prowadzi do swobodnej konwekcji.Na przykład na systemy pogodowe mają duży wpływ ruch gorącego i zimnego powietrza, na które wpływa promieniowanie słoneczne, kontakt z zimną wodą i tak dalej.

Krążenie oceanów światowych jest bezpośrednią konsekwencją swobodnej konwekcji.Gdy woda porusza się w kierunku bieguna, ochładza się i staje się gęstsza, tonie w kierunku dna.Tymczasem woda poruszająca się w kierunku równika rozgrzewa się i staje się lżejsza, wznosząc się na powierzchnię.Tworzy to szereg złożonych prądów w całym oceanie, które generują ciągłą krążenie, utrzymując wodę w oceanie w stałym ruchu.

Teoria konwekcyjna wyjaśnia również inne naturalne procesy, takie jak ruch płynów pod skorupą ziemską.Przesunięcie cieczy pod naszymi stopami odgrywa rolę w wielu naturalnych procesach, przy czym płyny te stale poruszają się w wyniku zmian temperatury w Ziemi.Prądy konwekcyjne mogą również przecinać się ze sobą, jak widać w interakcji między oceanem i systemami pogodowymi w temperaturze oceanu, na które wpływają zmiany temperatury spowodowane ruchem prądów oceanicznych.