Якщо наблизити руку до включеної електролампиабо помістити долоню над гарячою плитою, можна відчути рух теплих потоків повітря. Той же ефект можна спостерігати при коливанні аркуша паперу, який міститься над відкритим полум'ям. Обидва ефекти пояснюються конвекцією.
В основі явища конвекції лежить розширення більшхолодного речовини при зіткненні з гарячими масами. В таких обставинах нагрівається речовина втрачає щільність і стає легше в порівнянні з навколишнім його холодним простором. Найбільш точно дана характеристика явища відповідає переміщенню теплових потоків при нагріванні води.
Рух молекул в протилежних напрямкахпід впливом нагрівання - це саме те, на чому грунтується конвекція. Випромінювання, теплопровідність виступають схожими процесами, проте стосуються насамперед передачі теплової енергії в твердих тілах.
Яскраві приклади конвекції - переміщення теплогоповітря в середині приміщення з опалювальними приладами, коли нагріті потоки рухаються під стелю, а холодне повітря опускається до самої поверхні підлоги. Саме тому при включеному опаленні вгорі кімнати повітря помітно тепліше в порівнянні з нижньою частиною приміщення.
Щоб зрозуміти, що являє собою природнаконвекція, досить розглянути процес на прикладі дії закону Архімеда і явища розширення тіл під впливом теплового випромінювання. Так, відповідно до закону, підвищення температури обов'язково призводить до збільшення об'ємів рідини. Нагрівається знизу рідина в ємностях піднімається вище, а волога більшої щільності, відповідно, переміщається нижче. У разі нагрівання зверху більш і менш щільні рідини залишаться на своїх місцях, в такому випадку явища не відбудеться.
Вперше термін «конвекція» був запропонований англійським вченим Вільямом Прутом ще в 1834 році. Використовувався він для опису переміщення теплових мас в нагрітих, що рухаються рідинах.
Перші теоретичні дослідження явищаконвекції стартували лише в 1916 році. В ході експериментів було встановлено, що перехід від дифузії до конвекції в підігріваються знизу рідинах виникає при досягненні деяких критичних температурних значень. Пізніше це значення набуло визначення «число Роеля». Воно було так названо на честь дослідника, який займався його вивченням. Результати дослідів дозволили дати пояснення переміщенню теплових потоків під впливом сил Архімеда.
Конвекція неможлива при нагріванні твердих тіл. Всьому виною досить сильне взаємне тяжіння при коливанні їх твердих частинок. В результаті нагрівання тел твердої структури не виникають конвекція, випромінювання. Теплопровідність замінює зазначені явища в таких тілах і сприяє передачі теплової енергії.
Окремим видом виступає так званакапілярна конвекція. Відбувається процес при перепадах температури під час руху рідини по трубах. У природних умовах значення такої конвекції поряд з природною і вимушеної вкрай несуттєво. Однак в космічній техніці капілярна конвекція, випромінювання і теплопровідність матеріалів стають вельми значущими факторами. Навіть найслабші конвективні руху в умовах невагомості приводять до утруднення реалізації деяких технічних завдань.
Процеси конвекції нерозривно пов'язані зприродним утворенням газоподібних речовин в товщі земної кори. Розглядати земну кулю можна як сферу, що складається з декількох концентричних шарів. У самому центрі розташовується масивне гаряче ядро, яке представляє собою рідку масу високої щільності з вмістом заліза, нікелю, а також інших металів.
Оточуючими шарами для земного ядра виступаютьлітосфера і напіврідка мантія. Верхній шар земної кулі є безпосередньо земну кору. Літосфера сформована з окремих плит, які знаходяться у вільному русі, переходячи по поверхні рідкої мантії. В ході нерівномірного нагрівання різних ділянок мантії і гірських порід, які відрізняються різним складом і щільністю, відбувається утворення конвективних потоків. Саме під впливом таких потоків виникає природне перетворення ложа океанів і переміщення несучих континентів.
Під теплопровідністю слід розумітиздатність фізичних тіл до передачі тепла за допомогою руху атомних і молекулярних сполук. Метали виступають відмінними провідниками тепла, так як їх молекули знаходяться в нерозривній контакті один з одним. Навпаки, газоподібні і летючі речовини виступають поганими провідниками тепла.
Як відбувається конвекція? Фізика процесу грунтується на перенесенні тепла за рахунок вільного руху маси молекул речовин. У свою чергу, теплопровідність полягає виключно в передачі енергії між складовими частками фізичного тіла. Однак і той, і інший процес неможливий без наявності частинок речовини.
Розташована на тильній панелі холодильникарешітка грає роль елемента, що сприяє відведенню теплого повітря, утвореного в компресорі агрегату під час стиснення газу. Охолодження решітки також ґрунтується на конвективних механізмах. Саме з цієї причини не рекомендується захаращувати простір позаду холодильника. Адже тільки в такому випадку охолодження може відбуватися без труднощів.
Інші приклади конвекції можна помітити, спостерігаючиза таким природним явищем, як рух вітру. Нагріваючись над посушливими континентами і охолоджуючись над місцевістю з більш суворими умовами, потоки повітря починають витісняти один одного, що призводить до їхнього руху, а також переміщенню вологи і енергії.
На конвекції зав'язана можливість ширяння птахів іпланерів. Менш щільні і більш теплі повітряні маси при нерівномірному нагріванні у поверхні Землі призводять до утворення висхідних потоків, що сприяє процесу ширяння. Для подолання максимальних відстаней без витрати сил і енергії птахам потрібне вміння знаходити подібні потоки.
Хороші приклади конвекції - утворення диму вдимоходах і вулканічних кратерах. Переміщення диму вгору засноване на його більш високій температурі і низькій щільності в порівнянні з навколишнім середовищем. При охолодженні дим поступово осідає в нижні шари атмосфери. Саме з цієї причини промислові труби, за допомогою яких відбувається викид шкідливих речовин в атмосферу, роблять максимально високими.
Серед найбільш простих, доступних для розуміння прикладів, які можна спостерігати в природі, побуті і техніці, слід виділити:
Все частіше явище конвекції реалізується всучасних побутових приладах, зокрема в духових шафах. Газовий шафа з конвекцією дозволяє готувати різні страви одночасно на окремих рівнях при різній температурі. При цьому повністю виключається змішання смаків і запахів.
Нагрівання повітря в традиційному духовій шафігрунтується на роботі єдиною пальника, що призводить до нерівномірного розподілу тепла. За рахунок цілеспрямованого переміщення гарячих потоків повітря за допомогою спеціалізованого вентилятора страви в конвекційному духовій шафі виходять більш соковитими, краще пропікаються. Такі пристрої швидше нагріваються, що дозволяє зменшити час, необхідний на приготування їжі.
Природно, для господинь, які готують вдуховій шафі всього лише кілька разів на рік, побутовий прилад з функцією конвекції можна назвати технікою першої необхідності. Однак для тих, хто не може жити без кулінарних експериментів, такий пристрій стане просто незамінним на кухні.
Сподіваємося, представлений матеріал виявився корисним для вас. Всього найкращого!
</ P>
