Kung ilalapit mo ang iyong kamay sa nakabukas na electric lamp o ilalagay mo ang iyong palad sa mainit na kalan, mararamdaman mo ang paggalaw ng mainit na agos ng hangin. Ang parehong epekto ay maaaring maobserbahan kapag ang isang sheet ng papel ay oscillated sa isang bukas na apoy. Ang parehong mga epekto ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng convection.
Ano ito?
Ang phenomenon ng convection ay nakabatay sa pagpapalawak ng mas malamig na substance na nakikipag-ugnayan sa mainit na masa. Sa ganitong mga kalagayan, ang pinainit na substansiya ay nawawala ang densidad nito at nagiging mas magaan kung ihahambing sa malamig na espasyo na nakapalibot dito. Sa pinakatumpak, ang katangiang ito ng phenomenon ay tumutugma sa paggalaw ng init na dumadaloy kapag pinainit ang tubig.
Ang paggalaw ng mga molekula sa magkasalungat na direksyon sa ilalim ng impluwensya ng pag-init ay eksakto kung ano ang batayan ng convection. Ang radyasyon at thermal conductivity ay magkatulad na mga proseso, ngunit pangunahin nilang nauugnay ang paglipat ng thermal energy sa mga solido.
Matingkad na halimbawa ng convection - ang paggalaw ng mainit na hangin sa gitna ng silid na may heatingappliances, kapag ang pinainit na mga sapa ay gumagalaw sa ilalim ng kisame, at ang malamig na hangin ay bumababa sa pinakaibabaw ng sahig. Kaya naman, kapag naka-on ang heating, kapansin-pansing mas mainit ang hangin sa itaas ng kuwarto kumpara sa ibaba ng kuwarto.
Batas ni Archimedes at thermal expansion ng mga pisikal na katawan
Upang maunawaan kung ano ang natural na convection, sapat na isaalang-alang ang proseso gamit ang halimbawa ng batas ng Archimedes at ang phenomenon ng pagpapalawak ng mga katawan sa ilalim ng impluwensya ng thermal radiation. Kaya, ayon sa batas, ang pagtaas ng temperatura ay kinakailangang humantong sa pagtaas ng dami ng likido. Ang likidong pinainit mula sa ibaba sa mga lalagyan ay tumataas nang mas mataas, at ang kahalumigmigan ng mas mataas na density, ayon sa pagkakabanggit, ay gumagalaw nang mas mababa. Sa kaso ng pag-init mula sa itaas, parami nang parami ang siksik na likido ang mananatili sa kanilang mga lugar, kung saan hindi mangyayari ang phenomenon.
Ang paglitaw ng konsepto
Ang terminong "convection" ay unang iminungkahi ng English scientist na si William Prout noong 1834. Ginamit ito upang ilarawan ang paggalaw ng mga thermal masa sa pinainit, gumagalaw na likido.
Ang unang teoretikal na pag-aaral ng phenomenon ng convection ay nagsimula lamang noong 1916. Sa panahon ng mga eksperimento, natagpuan na ang paglipat mula sa pagsasabog hanggang sa convection sa mga likidong pinainit mula sa ibaba ay nangyayari kapag naabot ang ilang mga kritikal na halaga ng temperatura. Nang maglaon, tinukoy ang value na ito bilang "Roel number". Ipinangalan ito sa mananaliksik na nag-aral nito. Ang mga resulta ng mga eksperimento ay naging posible na ipaliwanag ang paggalaw ng mga daloy ng init sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng Archimedes.
Mga uri ng convection
May ilang uri ng phenomenon na inilalarawan namin - natural at forced convection. Ang isang halimbawa ng paggalaw ng mainit at malamig na hangin na dumadaloy sa gitna ng isang silid ay ang pinakamahusay na paraan upang makilala ang proseso ng natural na kombeksyon. Para naman sa sapilitang, ito ay mapapansin kapag hinahalo ang likido sa isang kutsara, pump o stirrer.
Imposible ang convection kapag pinainit ang mga solido. Ito ay dahil sa medyo malakas na atraksyon sa isa't isa sa panahon ng vibration ng kanilang mga solid particle. Bilang resulta ng pag-init ng mga solidong istraktura ng katawan, ang kombeksyon at radiation ay hindi nangyayari. Pinapalitan ng thermal conductivity ang mga phenomena na ito sa mga nasabing katawan at nakakatulong ito sa paglipat ng thermal energy.
Ang tinatawag na capillary convection ay isang hiwalay na uri. Ang proseso ay nangyayari kapag ang temperatura ay nagbabago sa panahon ng paggalaw ng likido sa pamamagitan ng mga tubo. Sa ilalim ng natural na mga kondisyon, ang kahalagahan ng naturang kombeksyon, kasama ng natural at sapilitang kombeksyon, ay lubhang hindi gaanong mahalaga. Gayunpaman, sa teknolohiya ng espasyo, ang capillary convection, radiation, at thermal conductivity ng mga materyales ay nagiging napakahalagang salik. Kahit na ang pinakamahina na convective motions sa ilalim ng mga walang timbang na kondisyon ay nagpapahirap sa pagpapatupad ng ilang teknikal na gawain.
Convection sa mga layer ng crust ng earth
Ang mga proseso ng convection ay hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa natural na pagbuo ng mga gaseous substance sa kapal ng crust ng lupa. Ang globo ay maaaring ituring bilang isang globo na binubuo ng ilang concentric layers. Sa pinakasentro ay isang napakalaking mainit na core, na isang high-density na likidong masa na naglalaman ng bakal,nickel, pati na rin ang iba pang mga metal.
Ang nakapalibot na mga layer para sa core ng earth ay ang lithosphere at semi-liquid mantle. Ang tuktok na layer ng globo ay direkta sa crust ng lupa. Ang lithosphere ay nabuo mula sa mga indibidwal na plate na nasa malayang paggalaw, na gumagalaw sa ibabaw ng likidong mantle. Sa kurso ng hindi pantay na pag-init ng iba't ibang bahagi ng mantle at mga bato, na naiiba sa iba't ibang komposisyon at density, ang mga convective na daloy ay nabuo. Nasa ilalim ng impluwensya ng gayong mga daloy na nangyayari ang natural na pagbabago ng sahig ng karagatan at ang paggalaw ng mga nagdadalang kontinente.
Mga pagkakaiba sa pagitan ng convection at heat conduction
Ang thermal conductivity ay dapat na maunawaan bilang ang kakayahan ng mga pisikal na katawan na maglipat ng init sa pamamagitan ng paggalaw ng mga atomic at molekular na compound. Ang mga metal ay mahusay na konduktor ng init, dahil ang kanilang mga molekula ay malapit na nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Sa kabaligtaran, ang mga gaseous at volatile substance ay nagsisilbing mahinang konduktor ng init.
Paano nangyayari ang convection? Ang pisika ng proseso ay batay sa paglipat ng init dahil sa libreng paggalaw ng masa ng mga molekula ng mga sangkap. Sa turn, ang thermal conductivity ay binubuo lamang sa paglipat ng enerhiya sa pagitan ng mga bumubuo ng mga particle ng isang pisikal na katawan. Gayunpaman, ang parehong mga proseso ay imposible nang walang pagkakaroon ng mga particle ng matter.
Mga halimbawa ng phenomenon
Ang pinakasimple at pinakanaiintindihan na halimbawa ng convection ay ang proseso ng isang ordinaryong refrigerator. SirkulasyonAng cooled freon gas sa pamamagitan ng mga tubo ng refrigeration chamber ay humahantong sa pagbaba sa temperatura ng itaas na mga layer ng hangin. Alinsunod dito, papalitan ng mas maiinit na batis, lumulubog ang malamig, kaya lumalamig ang mga produkto.
Ang rehas na matatagpuan sa likurang panel ng refrigerator ay gumaganap ng papel ng isang elemento na nagpapadali sa pag-alis ng mainit na hangin na nabuo sa compressor ng unit sa panahon ng gas compression. Ang paglamig ng grid ay batay din sa mga convective na mekanismo. Ito ay para sa kadahilanang ito na hindi inirerekomenda na kalat ang espasyo sa likod ng refrigerator. Pagkatapos ng lahat, sa kasong ito lamang, maaaring mangyari ang paglamig nang walang kahirapan.
Makikita ang iba pang mga halimbawa ng convection sa pamamagitan ng pagmamasid sa isang natural na phenomenon gaya ng paggalaw ng hangin. Pag-init sa tuyong mga kontinente at paglamig sa mas malupit na lupain, ang mga agos ng hangin ay nagsisimulang magpalipat-lipat sa isa't isa, na nagiging sanhi ng paggalaw ng mga ito, gayundin ang paglipat ng kahalumigmigan at enerhiya.
Ang posibilidad ng mga pumailanglang na ibon at glider ay nakatali sa convection. Ang hindi gaanong siksik at mas mainit na masa ng hangin, na may hindi pantay na pag-init malapit sa ibabaw ng Earth, ay humantong sa pagbuo ng mga pataas na alon, na nag-aambag sa proseso ng pagtaas. Upang malampasan ang maximum na mga distansya nang walang paggastos ng lakas at enerhiya, kailangan ng mga ibon ng kakayahang makahanap ng gayong mga batis.
Magandang halimbawa ng convection ay ang pagbuo ng usok sa mga chimney at mga bunganga ng bulkan. Ang pataas na paggalaw ng usok ay batay sa mas mataas na temperatura nito at mas mababang density kumpara sa paligid nito. Habang lumalamig ang usok, unti-unti itong naninirahan sa mas mababang mga layer ng atmospera. Dahil mismo sa kadahilanang itoang mga pang-industriyang tubo, kung saan ang mga nakakapinsalang sangkap ay inilalabas sa atmospera, ay ginagawang mataas hangga't maaari.
Ang pinakakaraniwang halimbawa ng convection sa kalikasan at teknolohiya
Sa mga pinakasimple, madaling maunawaan na mga halimbawa na makikita sa kalikasan, pang-araw-araw na buhay at teknolohiya, dapat nating i-highlight ang:
- daloy ng hangin sa panahon ng pagpapatakbo ng mga bateryang pampainit ng sambahayan;
- porma at paggalaw ng mga ulap;
- ang proseso ng paggalaw ng hangin, tag-ulan at simoy;
- paglipat ng tectonic earth plates;
- proseso na humahantong sa libreng pagbuo ng gas.
Pagluluto
Lalong dumami, ang phenomenon ng convection ay naisasakatuparan sa mga modernong gamit sa bahay, lalo na sa mga oven. Ang gas cabinet na may convection ay nagbibigay-daan sa iyo upang magluto ng iba't ibang mga pinggan sa parehong oras sa magkahiwalay na antas sa iba't ibang mga temperatura. Ito ay ganap na nag-aalis ng paghahalo ng panlasa at amoy.
Ang tradisyonal na oven ay umaasa sa isang burner upang magpainit ng hangin, na nagreresulta sa hindi pantay na pamamahagi ng init. Dahil sa may layunin na paggalaw ng mga mainit na daloy ng hangin sa tulong ng isang dalubhasang fan, ang mga pinggan sa isang convection oven ay nagiging mas makatas at mas mahusay na inihurnong. Mas mabilis uminit ang mga naturang device, na nagpapababa sa oras na kinakailangan para sa pagluluto.
Siyempre, para sa mga maybahay na nagluluto sa oven ilang beses lang sa isang taon, isang gamit sa bahay na mayang function ng convection ay hindi matatawag na technique ng unang pangangailangan. Gayunpaman, para sa mga hindi mabubuhay nang walang mga eksperimento sa culinary, ang naturang device ay magiging kailangang-kailangan sa kusina.
Umaasa kami na ang materyal na ipinakita ay naging kapaki-pakinabang sa iyo. Good luck!
