O fenômeno da convecção e exemplos de convecção

Se você aproximar sua mão da lâmpada incluídaou coloque uma palma sobre uma placa quente, você pode sentir o movimento de fluxos de ar quente. O mesmo efeito pode ser observado com um balanço de uma folha de papel colocada sobre uma chama aberta. Ambos os efeitos são explicados pela convecção.

O que é isso?

O fenômeno de convecção é baseado na expansão dematéria gelada quando em contato com massas quentes. Sob tais circunstâncias, a substância aquecida perde sua densidade e torna-se mais leve em comparação com o espaço frio envolvente. Mais precisamente, essa característica do fenômeno corresponde ao movimento dos fluxos de calor quando a água é aquecida.

O movimento de moléculas em direções opostassob a influência do aquecimento - é exatamente o que a convecção se baseia. A radiação, a condução de calor são processos semelhantes, mas se relacionam principalmente com a transferência de energia térmica em sólidos.

Exemplos brilhantes de convecção - movendo-se quentear no meio da sala com radiadores, quando fluxos aquecidos se movem para o teto, e o ar frio desce até a própria superfície do chão. É por isso que, quando o aquecimento é ligado no topo da sala, o ar é visivelmente mais quente do que a parte inferior da sala.

Lei de Arquimedes e expansão térmica de corpos físicos

Para entender o que é naturalconvecção, basta considerar o processo pelo exemplo da ação da lei de Arquimedes e do fenômeno da expansão dos corpos sob a influência da radiação térmica. Assim, de acordo com a lei, um aumento de temperatura conduz necessariamente a um aumento do volume de líquido. O líquido aquecido de baixo nos tanques aumenta e a umidade de maior densidade, respectivamente, se move mais baixo. No caso do aquecimento de cima, líquidos cada vez mais densos permanecerão em seus lugares, caso em que não ocorrerá fenômeno.

O surgimento do conceito

O termo "convecção" foi proposto pela primeira vez pelo cientista inglês William Prut em 1834. Foi usado para descrever o deslocamento de massas térmicas em líquidos aquecidos e em movimento.

Os primeiros estudos teóricos do fenômenoA convecção começou apenas em 1916. No decorrer dos experimentos, foi estabelecido que a transição da difusão para a convecção em líquidos aquecidos a partir de baixo ocorre quando determinados valores críticos de temperatura são alcançados. Posteriormente, este valor foi definido como o "Número Roel". Foi assim chamado do pesquisador que estava estudando. Os resultados dos experimentos permitiram explicar o movimento dos fluxos de calor sob a influência das forças de Arquimedes.

Tipos de convecção

Existem vários tipos descritos por nósfenômenos - convecção natural e forçada. Um exemplo de movimentação de ar quente e frio no meio da sala é a melhor maneira de caracterizar o processo de convecção natural. Quanto ao forçado, pode ser observado com a mistura do líquido com uma colher, uma bomba ou um agitador.

A convecção é impossível quando os sólidos são aquecidos. É tudo culpa de uma forte atração mútua com a vibração de suas partículas sólidas. Como resultado do aquecimento dos corpos de uma estrutura sólida, a convecção e a radiação não ocorrem. A condutividade térmica substitui esses fenômenos em tais corpos e promove a transferência de energia térmica.

Uma visão separada é a chamadaconvecção capilar. Existe um processo com quedas de temperatura durante o fluxo de líquido através dos tubos. Em condições naturais, a importância de tal convecção, juntamente com a natural e forçada, é imaterial. No entanto, na tecnologia espacial, a convecção capilar, a radiação e a condutividade térmica dos materiais tornam-se fatores muito significativos. Mesmo os movimentos convectivos mais fracos em condições de falta de peso levam a dificuldades na realização de certos problemas técnicos.

Convecção em camadas da crosta terrestre

Os processos de convecção estão inextricavelmente ligadosformação natural de substâncias gasosas na espessura da crosta terrestre. Considere o globo como uma esfera que consiste em várias camadas concêntricas. No centro há um enorme núcleo quente, que é uma massa líquida de alta densidade com ferro, níquel e outros metais.

As camadas circundantes para o núcleo da Terra sãolitosfera e manto semi-líquido. A camada superior do globo é diretamente a crosta terrestre. A litosfera é formada por placas individuais que estão em movimento livre, movendo-se ao longo da superfície do manto líquido. Durante o aquecimento irregular de várias partes do manto e das rochas, que diferem em sua composição e densidade diferentes, formam-se correntes convectivas. É sob a influência de tais fluxos que há uma transformação natural do fundo do oceano e o movimento dos continentes portadores.

Diferenças de convecção da condução de calor

A condutividade térmica deve ser entendidaA capacidade dos corpos físicos de transferir calor através do movimento de compostos atômicos e moleculares. Os metais são excelentes condutores de calor, uma vez que suas moléculas estão em contato inextricável entre si. Pelo contrário, substâncias gasosas e voláteis agem como maus condutores de calor.

Como a convecção ocorre? A física do processo baseia-se na transferência de calor devido ao livre movimento da massa de moléculas de substâncias. Por sua vez, a condutividade térmica consiste unicamente na transferência de energia entre as partículas constituintes do corpo físico. No entanto, ambos os processos são impossíveis sem a presença de partículas de matéria.

Exemplos do fenômeno

O mais simples e fácil de entenderUm exemplo de convecção pode ser o processo de operar um refrigerador comum. A circulação de gás Freon refrigerado através dos tubos da câmara de refrigeração leva a uma diminuição na temperatura das camadas superiores de ar. Assim, substituindo os fluxos mais quentes, os frios caem, resfriando os produtos.

Localizado na parte de trás da geladeiraA grade desempenha o papel de um elemento que contribui para a remoção do ar quente gerado no compressor da unidade durante a compressão do gás. O resfriamento de treliça também é baseado em mecanismos convectivos. É por esta razão que não se recomenda a confusão do espaço atrás do frigorífico. Afinal, só neste caso o resfriamento pode ocorrer sem dificuldades.

Outros exemplos de convecção podem ser vistos observandoPara um fenômeno natural como o movimento do vento. Aquecendo-se sobre continentes áridos e resfriando-se sobre o terreno com condições mais severas, os fluxos de ar começam a se deslocar mutuamente, o que leva a seu movimento, bem como ao movimento de umidade e energia.

Convecção amarrada a possibilidade de pairar aves eplanadores. Massas de ar menos densas e mais quentes com aquecimento irregular na superfície da Terra levam à formação de correntes ascendentes, o que contribui para o processo de subida. Para superar as distâncias máximas sem o gasto de energia e energia, as aves precisam da capacidade de encontrar fluxos semelhantes.

Bons exemplos de convecção são a formação de fumaça emchaminés e crateras vulcânicas. Movendo a fumaça para cima é baseado em sua temperatura mais alta e menor densidade em relação ao ambiente. Ao esfriar, a fumaça se instala gradualmente nas camadas inferiores da atmosfera. É por essa razão que os tubos industriais, através dos quais substâncias nocivas são liberadas na atmosfera, são feitos o mais alto possível.

Os exemplos mais comuns de convecção na natureza e tecnologia

Entre os exemplos mais simples e compreensíveis que podem ser observados na natureza, vida e tecnologia, deve-se notar:

• o movimento de correntes de ar durante a operação de radiadores domésticos;
• formação e movimento de nuvens;
• o processo de vento, monção e brisa;
• deslocamento de placas de terra tectônicas;
• processos que levam à geração de gás livre.

Cozinhar

Cada vez mais, o fenômeno da convecção é realizado emeletrodomésticos modernos, em particular em fornos. Um gabinete de gás com convecção permite cozinhar pratos diferentes simultaneamente em níveis separados em diferentes temperaturas. Ao mesmo tempo a mistura de sabores e cheiros é completamente excluída.

Aquecimento de ar em forno tradicionalCom base na operação de um único queimador, o que leva a uma distribuição de calor desigual. Devido ao movimento proposital dos fluxos de ar quente com a ajuda de um ventilador especializado, os pratos no forno de convecção são mais suculentos, melhor torrados. Tais dispositivos aquecem rapidamente, o que permite reduzir o tempo necessário para cozinhar.

Naturalmente, para as donas de casa que cozinhamforno apenas algumas vezes por ano, um electrodoméstico com a função de convecção não pode ser chamado de tecnologia essencial. No entanto, para aqueles que não podem viver sem experiências culinárias, tal dispositivo seria simplesmente indispensável na cozinha.

Esperamos que o material apresentado tenha sido útil para você. Tudo de bom!

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