Конвекция

Репетиторы ❯ Физика ❯ Конвекция

Автор: Никита Н. — онлайн репетитор по физике

●

13.01.2012

●

Раздел: Физика

Если вытянуть руку над горячей плитой или над горящей электрической лампочкой, можно ощутить, как над этими предметами поднимаются струи теплого воздуха. Листик бумаги, подвешенный над горящей свечей или электрической лампочкой, под воздействием поднимающегося теплого воздуха начинает вращаться.

Подобное явление можно объяснить следующим образом. Воздух соприкасается с горячей лампой, нагревается, расширяется и обретает менее плотное состояние, в отличие от окружающего холодного воздуха.

Сила Архимеда, которая действует на теплый воздух со стороны холодного воздуха снизу вверх, превосходит силу тяжести, которая действует на теплый воздух. Таким образом, теплый воздух поднимается вверх, тем самым, уступая место холодному воздуху.

Подобные явления мы можем наблюдать при нагревании жидкости снизу. Теплые слои жидкости – менее плотные, а, следовательно, более легкие – вытесняются вверх более плотными и тяжелыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, нагреваются от источника тепла и снова вытесняются менее нагретой жидкостью. Таким образом, такое движение равномерно прогревает всю воду. Это можно увидеть более наглядно, если на дно сосуда положить немного кристалликов марганцовки, которая окрашивает воду в фиолетовый цвет. В подобных опытах мы можем наблюдать еще одну разновидность теплопередачи –

конвекция (латинское слово «конвекцио» – перенесение).

Следует отметить, что при процессе конвекции энергия перемещается самими струями газа или жидкости. К примеру, в комнате с отоплением, благодаря явлению конвекции поток нагретого воздуха поднимается к потолку, а холодного опускается к полу. Таким образом, воздух вверху гораздо теплее, чем возле пола.

Существует два вида конвекции: естественная (или другими словами свободная) и вынужденная. Примеры с нагревом жидкости и воздуха в комнате являются примерами естественной конвекции. Мы можем наблюдать вынужденную конвекцию, когда перемешиваем жидкость ложкой, мешалкой, насосом.

Такие вещества как жидкости и газы необходимо нагревать снизу. Если же делать наоборот – нагревать их сверху, конвекции не будет. Теплые слои не могут физически опуститься ниже холодных, более плотных и тяжелых. Таким образом, для протекания процесса конвекции необходимо нагревать газы и жидкости снизу.

В твердых телах конвекция происходить не может. Нам уже известно, что в твердых телах, частицы колеблются около определенной точки, т.к. они удерживаются взаимным притяжением. Поэтому, при нагревании твердых тел, в них не может образовываться вещество. В твердых телах, энергия может передаваться за счет теплопроводности.

Конвекция широко распространена в природе: в нижних слоях земной атмосферы, морях, океанах, в недрах нашей планеты, на Солнце (в слоях до глубины ~20-30% радиуса Солнца от его поверхности). С помощью явления конвекции осуществляют нагрев газов, а также жидкостей в разных технических устройствах.

Простым примером конвекции может также послужить охлаждение продуктов в холодильнике. Циркулирующий по трубам холодильника газ фреон, охлаждает пласты воздуха в верхней части холодильника. Охлажденный воздух, спустившись вниз, охлаждает все продукты, а потом снова направляется вверх. Когда мы раскладываем продукты питания в холодильнике, не стоит затруднять циркуляцию воздуха в нем. Решетка, расположенная ссади холодильника, служит для отвода теплого воздуха, который образуется в компрессоре при сжатии газа. Механизм охлаждения решетки также конвективный, поэтому следует оставлять свободным пространство за холодильником, чтобы конвекция проходила без затруднений.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Остались вопросы?

Задайте свой вопрос и получите ответ от профессионального преподавателя.

Задать вопрос

Физика

Курсы физики для студентов нефизических специальностей

Физика

Курсы по физике 10 класс

Информатика и ИКТ

Курс ЕГЭ по информатике

Математика

Курсы по математике 10 класс

Математика

Курсы по алгебре 7 класс

Английский язык

Курсы по бизнес английскому

Высшая математика

Высшая математика для студентов технических специальностей

Конвекция в природе и технике

«Конвекция

в природе и технике»

  Если бы я захотел читать не зная букв, это было бы бессмыслицей. Точно так же, если бы я захотел судить о явлениях природы, не имея представления о началах вещей, это было бы такой же бессмыслицей…

М.В. Ломоносов

Что такое конвекция?

Конвекция (от лат. convectio — доставка) – это вид теплообмена, при котором тепло переносится самими струями газа или жидкости.

Объяснение конвекции

Явление конвекции можно объяснить законом Архимеда и явлением теплового расширения тел. 

При повышении температуры объем жидкости возрастает, а плотность уменьшается. Под действием архимедовых сил менее плотная нагретая жидкость поднимается вверх, а более плотная холодная жидкость опускается вниз. Если же жидкость нагревать сверх, то менее плотная теплая жидкость там и останется и конвекция не возникнет. Так устанавливается круговорот жидкости, сопровождающийся переносом энергии от нагретых участков к более холодным. Совершенно аналогичным образом возникает конвекция в газах.

Механизм конвекции:

Виды конвекции

естественная

вынужденная

Особенности конвекции

• возникает в  жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;
• само вещество  переносится;
• нагревать вещества нужно снизу.

в жидкостях

в газах

Естественная конвекция

Для возникновения естественной конвекции требуется подогрев жидкости снизу (или охлаждение сверху), причем нагрев в разных участках должен быть неравномерным.

Вынужденная конвекция

При вынужденной конвекции потоки нагретой (или охлажденной) жидкости или газа переносятся под действием насосов или вентиляторов. Такая конвекция используется в тех случаях, когда естественная конвекция оказывается недостаточно эффективной, а также в состоянии невесомости, когда естественная конвекция невозможна.

Конвекция в природе и технике

работа обычной батареи отопления; 

тяга в печи;

отопление дома;

образование облаков;

образование ветра, бриза и муссонов;

движение тектонических плит;

процессы горообразования;

  процесс  дымообразования из труб и кратеров вулканов;

процесс  охлаждения продуктов в холодильнике;

КОНВЕКЦИЯ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

ОБЪЯСНИ ЗАДАЧУ

: Пришёл купец к другому купцу в гости. Тот гостю обрадовался, и самовар растапливать стал. Наложил щепок в самоварную трубу, поджёг их сверху. Вода в самоваре закипела – пар из самовара повалил. Сели за стол чай пить. В чашки чайные наливают из самовара воду, а она холодная. Почему купцам не удалось чаю попить?

Почему алюминиевая кружка с чаем обжигает губы, а фарфоровая чашка с чаем нет?

Ветры бризы, возникающие на берегах морей.   В каком направлении дуют они в летние дни днем и ночью и почему?  Где надо расположить лед: снизу или сверху, чтобы охладить продукты?

 

Литература.

1.Алейникова Л.А. Теплообмен в природе и технике. Физика. Издательский дом «Первое сентября» №22, 2006 г.

2. Атаманченко А.К. Физика за малые деньги. Издательство «Школа – Пресс», «Физика в школе», 1998, №2.

3.Галин Н. М., Кириллов П. Л. Тепломассообмен. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

4.Григорьев Б. А., Цветков Ф. Ф. Тепломассообмен: Учеб. пособие — 2-е изд. — М: МЭИ, 2005.

5.Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебн. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2005.

6. Крюков С.Н. Физика: третий вопрос в экзаменационных билетах: итоговая аттестация. 11 класс. – М.: Чистые пруды, 2007.

7.Материал из Википедии — свободной энциклопедии.

8. Мир физики в художественной литературе/ Ред.-сост. С.А.Тихомирова. – М.: Школа – Пресс, 1997.

9. Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват.учреждений. – М.: Дрофа, 2004.

10.Семке А.И. Практические работы по физике с экологическим содержанием: Естественнонаучный профиль. 9-11 классы. – М.: Чистые пруды, 2008.

11.  Семке А.И. Физика и живая природа: Занимательный материал к уроку. 7-9 классы. – М.: Чистые пруды, 2008.

12.  Физика: Молекулярная физика и термодинамика с основами общей астрономии: Учеб.для 7 кл. общеобразоват.учреждений / Под редакцией А.А.Фадеевой. – М.: Просвещение, 2000.

13.  http://images.yandex.ru

14.  http://www.tvk.by/pimg/s_63.jpghttp://images.yandex.ru

   

 

примеров конвекции | YourDictionary

• Описание

  Пример конвекции

• Источник

  AVID_CREATIVE / E+ / Getty Images

Конвекция возникает, когда тепло передается через газ или жидко Узнайте, что такое конвекция на самом деле, и рассмотрите несколько примеров этого явления.

Что такое конвекция?

Прежде чем рассматривать примеры, важно понять определение конвекции, чтобы вы понимали, что такое конвекция на самом деле. Конвекция — это передача тепла, связанная с движением, которое происходит внутри жидкости из-за подъема более горячих материалов в сочетании с опусканием более холодных материалов. Это происходит потому, что более горячие материалы имеют меньшую плотность, чем более холодные.

В метеорологии конвекция — это перенос тепла и других атмосферных свойств за счет движения масс воздуха, особенно в восходящем направлении. В геологии это медленное движение материала под земной корой. Некоторая конвекция создана человеком.

Реклама

Повседневные примеры конвекции

В повседневной жизни существует множество примеров конвекции, включая несколько обычных бытовых явлений.

• кипяток — Когда вода закипает, тепло от горелки переходит в кастрюлю, нагревая воду на дне. Эта горячая вода поднимается, а более холодная вода движется вниз, чтобы заменить ее, вызывая круговое движение.
• радиатор — Радиатор выпускает теплый воздух сверху и втягивает более холодный воздух снизу.
• дымящаяся чашка горячего чая — Пар, который вы видите, когда пьете чашку горячего чая, указывает на то, что тепло передается воздуху.
• таяние льда — Лед тает, потому что тепло передается льду из воздуха. В результате лед превращается из твердого в жидкое.
• размораживание замороженных продуктов — Замороженные продукты быстрее оттаивают под холодной проточной водой, чем если их поместить в воду. Это связано с тем, что под действием проточной воды тепло передается пище быстрее, чем если бы замороженный продукт был помещен в стоячую воду.
• принудительная конвекция — Когда для облегчения конвекции используется вентилятор, насос или всасывающее устройство, возникает принудительная конвекция. Повседневные примеры этого можно увидеть в кондиционировании воздуха, центральном отоплении, автомобильном радиаторе, использующем жидкость, или конвекционной печи.

Реклама

Примеры конвекции в метеорологии

Многие погодные условия являются результатом конвекции. С точки зрения метеорологии конвекция — это просто восходящее движение воздуха в атмосфере. Звучит достаточно просто, но при определенных условиях это может привести к суровым погодным условиям.

• конвективные облака — Когда в воздухе много влаги, конвекционные потоки уносят эту влагу в небо, образуя конвективные облака. Когда капли накапливаются в облаках в достаточной степени, результатом будут осадки в виде конвективной грозы.
• линии шквала — Линия шквала — это тип конвективной грозы. Этот тип конвективного явления вызывает череду гроз, сопровождаемых сильным ветром и ливневым дождем.
• суперячейка — Суперячейка представляет собой более сильную форму конвективной грозы. Этот тип шторма обычно длится в течение длительного периода времени (час или дольше) и имеет высокую вероятность образования опасных торнадо.

Реклама

Хотя конвекция наблюдается реже, чем бытовые примеры, происходящие дома и погодные явления, существует ряд других примеров конвекции, связанных с движением воздуха.

• воздушный шар — Обогреватель внутри воздушного шара нагревает воздух, заставляя воздух двигаться вверх. Это заставляет воздушный шар подниматься, потому что горячий воздух попадает внутрь. Когда пилот хочет снизиться, человек выпускает часть горячего воздуха. Его место занимает холодный воздух, заставляя воздушный шар опускаться.
• эффект дымохода — Эффект дымохода, также называемый эффектом дымохода, представляет собой движение воздуха внутрь и наружу зданий, дымоходов или других объектов из-за плавучести. В этом случае плавучесть относится к различной плотности воздуха между воздухом внутри и воздухом снаружи. Выталкивающая сила увеличивается из-за большей высоты конструкции и большей разницы между уровнем нагрева внутреннего и наружного воздуха.

Реклама

Хотя влияние геологической конвекции нельзя наблюдать в режиме реального времени, оно сильно влияет на мир природы. Ряд природных явлений связан с конвекцией, связанной с геологией.

• мантийная конвекция — Каменистая мантия Земли движется медленно из-за конвекционных течений, переносящих тепло из недр Земли на поверхность. Это причина того, что тектонические плиты постепенно движутся вокруг Земли. Горячий материал добавляется на растущие края пластины, а затем охлаждается. На краях потребления материал становится плотным, сжимаясь от тепла, и погружается в землю в океанской впадине. Это провоцирует образование вулканов.
• гравитационная конвекция — Поскольку пресная вода плавает в соленой воде, сухая соль диффундирует вниз во влажную почву. Это пример гравитационной конвекции.

• океаническая циркуляция — Конвекция заставляет океаны постоянно циркулировать по всему миру. Теплая вода вокруг экватора циркулирует к полюсам, а более холодная вода на полюсах движется к экватору.

Реклама

Хотя звезды не находятся ниже поверхности земли, вы также можете увидеть принципы конвекции в действии, рассматривая конвекцию, связанную со звездами, которую также можно назвать звездной конвекцией. У звезды есть конвекционная зона, где энергия перемещается за счет конвекции. За пределами активной зоны находится зона излучения, в которой движется плазма. Конвекционный ток образуется, когда плазма поднимается, а охлажденная плазма опускается.

Понимание конвекции

Эти различные примеры конвекции показывают, как конвекция происходит во многих антропогенных и природных явлениях. Теперь, когда вы знакомы с примерами конвекции, рассмотрите возможность расширения своих знаний о связанных с ней научных явлениях. Начните с изучения десяти примеров конденсации, распространенных в реальной жизни.

Конвекционная теплопередача – естественная и принудительная конвекция

Содержание

• Что такое конвекционная теплопередача?
• Закон о охлаждении Ньютона: Расчет конвективного теплопередачи
• Типы конвективной теплопередачи
• 1. Естественная конвекция
• 2. Принудительная конвекция
• Коэффициент конвективного теплопередачи
• Конвективный калькулятор теплопередачи

Что является конвекционным теплообменником.

?

Перенос тепла из одного места в другое благодаря молекулярному движению жидкостей, таких как воздух или жидкость, известен как конвективный перенос тепла .

Когда молекулы воздуха перемещаются из одного места в другое, они переносят тепловую энергию. Например, кондиционер охлаждает помещение, охлаждая воздух внутри помещения и удаляя горячий воздух. Скорость охлаждения помещения зависит от следующих параметров.

• Скорость и температура охлаждающего воздуха
• Площадь охлаждаемого пространства
• Текущая температура в помещении.

Этот режим теплопередачи известен как  Конвекционная теплопередача . Следовательно, чем выше скорость конвективного теплообмена, тем выше будет скорость охлаждения помещения. В этой статье мы обсудим что такое конвекционная теплопередача? его виды и как рассчитать конвективный теплообмен?

Закон охлаждения Ньютона: расчет конвективной теплопередачи

разница. Здесь клапан коэффициента конвективной теплопередачи зависит от типа потока.

Конвективная теплопередача (Qv) = hc A dT

где

Qv = конвективная теплопередача в единицу времени в ваттах.

A = Площадь теплопередачи в квадратном метре.

hc= Коэффициент конвективной теплопередачи (Вт/м²·К).

dT = разница температур.

Типы конвективной теплопередачи

В зависимости от типа потока мы можем классифицировать конвективную теплопередачу на следующие типы.

1. Свободная / естественная конвекция
2. Принудительная конвекция

1. Естественная конвекция

Естественная конвекция  — это передача тепла за счет движения молекул жидкости или воздуха. Молекулярное движение происходит из-за разности плотностей, которая зависит от температуры.

Сила, возникающая из-за разницы в плотности молекул жидкости или воздуха, называется выталкивающей силой. Естественная конвекция происходит без внешних источников, таких как насос или вентилятор.

Как работает естественная конвекция?

При естественной конвекции горячая жидкость или воздух поднимается вверх, а на место горячего воздуха поступает холодный. Таким образом, этот цикл продолжается до равновесия. Направление силы тяжести влияет на естественную конвекцию, потому что молекулы должны подниматься против силы гравитации.

Механизм естественной конвекции

Например, когда холодный воздух контактирует с горячим предметом. Температура воздуха у горячей поверхности повышается, а температура горячего тела понижается. Это повышение температуры воздуха приводит к уменьшению плотности воздуха.

Под действием сил гравитации холодный воздух высокой плотности опускается вниз и вытесняет горячий воздух. Этот цикл продолжается до тех пор, пока вся система не придет в равновесие.

Из вышеприведенного примера можно сделать вывод, что горячий воздух поднимается вверх, а холодный движется вниз. Одним из лучших примеров является холодильник, в котором холодильная установка находится в верхней части.

Примеры естественной конвекции теплопередачи

Естественная конвекция играет роль в естественных явлениях на земле и в технических приложениях. Ниже приведены Примеры естественной конвекции .

• Циклоны.
• Подводные течения.
• Движение облаков.
• Отопление помещений с помощью радиаторов.
• Водяное отопление.
• Охлаждение в холодильнике
• Конвективный нагрев в микроволновке.
• Охлаждение электронных блоков и приборов и т. д.

2. Принудительная конвекция

В  Принудительная конвекция r поток жидкости или воздуха возникает под действием внешней силы, такой как вентилятор или насос. Вынужденная конвекция увеличивает скорость теплопередачи по сравнению с естественной конвекцией.

Скорость теплопередачи при принудительной конвекции зависит от скорости воздуха. Чем выше скорость воздуха, тем выше будет скорость теплообмена.

Принудительная конвекция

Принудительная конвекция связана с движением жидкости, а также с кондуктивной теплопередачей. Например, кондиционер охлаждает помещение за счет принудительной конвекции. Если мы увеличим скорость вентилятора переменного тока, скорость охлаждения помещения также увеличится из-за увеличения коэффициента теплопередачи.

Примеры применения принудительной конвекции

Ниже приведены примеры теплопередачи с принудительной конвекцией.

• Поток охлаждающей жидкости в двигателе автомобиля.
• Охлаждение процессора ноутбука или ПК с помощью вентилятора.
• Теплообменники.
• Кондиционеры
• Фен
• Охлаждение электронных устройств, таких как серверы.
• Автомобильный радиатор и т. д.

Коэффициент конвективной теплопередачи

Значение Коэффициент конвективной теплопередачи t ( hc ) зависит от типа среды (газ или жидкость), скорости потока и разности температур.