Википедија

Конвекција

Пренос топлоте или масе конвекцијом је појава до које долази када флуид (течност или гас) размењује топлоту (масу) унутар самог себе, простим мешањем (конвекцијом) материје. Овај процес одвија се под условом да постоји разлика у температури (или густини ако се преноси маса) унутар самог флуида. Уколико се, на пример, суд са водом загрева одоздо, доњи слојеви воде, услед загревања, постају специфично лакши и струје навише, а горњи хладнији слојеви падају на дно суда. Пренос топлоте/масе конвекцијом се одвија на два могућа начина: дифузијом, тј. насумичним кретањем (Брауново кретање) честица унутар флуида, и адвекцијом, групним усмереним кретањем честица путем струја у самом флуиду

Ова слика приказује прорачун топлотне конвекције у Земљином омотачу. Боје ближе црвеној су топла подручја, а боје ближе плавој су у топлим и хладним подручјима. Врућ, мање густ доњи гранични слој шаље облаке врућег материјала нагоре, а исто тако, хладни материјал са врха се креће надоле.

Терминологија уреди

Реч конвекција има различите, али повезане употребе у различитим научним или инжењерским контекстима или применама. Шири смисао је у механици флуида, где се конвекција односи на кретање течности изазвано разликом у густини (или другим својствима).[1][2]

У термодинамици „конвекција“ се често односи на пренос топлоте конвекцијом, при чему се варијанта природне конвекције са префиксом користи за разликовање концепта механике флуида конвекције (обрађеног у овом чланку) од конвективног преноса топлоте.[3]

Примери и примене уреди

Демонстрациони експерименти уреди

Топлотна конвекција у течностима може се демонстрирати постављањем извора топлоте (нпр. Бунзенов горионик) на страну посуде са течношћу. Додавање боје у воду (као што је боја за храну) омогућиће визуелизацију тока.[4][5]

Још један уобичајен експеримент за демонстрирање термалне конвекције у течностима укључује потапање отворених посуда са топлом и хладном течношћу обојене бојом у велики контејнер исте течности без боје на средњој температури (нпр. тегла топле воде из славине обојене црвено, тегла са водом охлађеном у фрижидеру обојеном плаво, спуштених у чист резервоар воде на собној температури).[6]

Трећи приступ је да се користе две идентичне тегле, једну напуњену топлом водом обојеном у једну боју, и хладном водом друге боје. Једна тегла се затим привремено затвори (нпр. комадом карте), преокрене и стави на другу. Када се картица извади, ако се тегла која садржи топлију течност стави на врх, неће доћи до конвекције. Ако се тегла у којој се налази хладнија течност стави на врх, спонтано ће се формирати конвекцијска струја.[7]

Конвекција у гасовима се може демонстрирати коришћењем свеће у затвореном простору са улазним и издувним отвором. Топлота из свеће ће изазвати јаку конвекцијску струју која се може показати помоћу индикатора протока, као што је дим из друге свеће, који се ослобађа у близини улазних и издувних области.[8]

Атмосферска конвекција уреди

 
Како настаје фен

Неки локализованији феномени од глобалног атмосферског кретања такође су последица конвекције, укључујући ветар и део хидролошког циклуса. На пример, фен ветар је ветар низ падину који се јавља на страни планинског ланца низ ветар. То је резултат адијабатског загревања ваздуха који је испустио већину своје влаге на ветровитим падинама.[9] Због различитих адијабатских брзина влажног и сувог ваздуха, ваздух на падинама у заветрини постаје топлији него на истој висини на падинама са ветром.

Термални стуб (или термал) је вертикални пресек ваздуха који се диже на нижим висинама Земљине атмосфере. Терме настају неравномерним загревањем Земљине површине од сунчевог зрачења. Сунце загрева земљу, која заузврат загрева ваздух директно изнад њега. Топлији ваздух се шири, постајући мање густ од околне ваздушне масе, стварајући ниску температуру.[10][11] Маса лакшег ваздуха се диже и при томе се хлади ширењем при нижим ваздушним притисцима. Она престаје да расте када се охлади на исту температуру као и околни ваздух. Повезан са термилом је силазни ток који окружује термални стуб. Екстеријер који се креће надоле је узрокован хладнијим ваздухом који се истискује на врху термалног. Још један временски ефекат вођен конвекцијом је морски поветарац.[12][13]

 
Животни ступњеви грмљавине.

Топли ваздух има мању густину од хладног ваздуха, тако да се топли ваздух диже унутар хладнијег ваздуха,[14] слично балонима са топлим ваздухом.[15] Облаци настају када се релативно топлији ваздух који носи влагу диже унутар хладнијег ваздуха. Како се влажан ваздух подиже, он се хлади, што доводи до кондензације дела водене паре у растућем пакету ваздуха.[16] Када се влага кондензује, ослобађа се енергија познату као латентна топлота кондензације која омогућава растућем пакету ваздуха да се хлади мање од околног ваздуха,[17] настављајући уздизање облака. Ако је у атмосфери присутно довољно нестабилности, овај процес ће се наставити довољно дуго да се формирају кумулонимбусни облаци, који подржавају муње и грмљавину. Генерално, грмљавина захтева три услова за формирање: влага, нестабилна ваздушна маса и сила подизања (топлота).

Све олује са грмљавином, без обзира на врсту, пролазе кроз три стадијума: фазу развоја, зрелу фазу и фазу распадања.[18] Просечна грмљавина има пречник од 24 км (15 ми). У зависности од услова присутних у атмосфери, ове три етапе трају у просеку 30 минута.[19]

 
Океанске струје

Океанска циркулација уреди

Главни чланци: Голфска струја и Термохалинска покретна трака

Сунчево зрачење утиче на океане: топла вода са екватора тежи да циркулише према половима, док хладна поларна вода иде ка екватору. Површинске струје у почетку диктирају услови површинског ветра. Пасати дувају ка западу у тропима,[20] а западни ветрови дувају ка истоку на средњим географским ширинама.[21] Овај образац ветра примењује стрес на суптропску површину океана са негативним превојом преко северне хемисфере,[22] и обрнуто преко јужне хемисфере. Резултујући транспорт Свердрупа је ка екватору.[23] Због очувања потенцијалне вртложности узроковане ветровима који се крећу у правцу пола на западној периферији суптропског гребена и повећане релативне вртложности воде која се креће у правцу пола, транспорт је уравнотежен уском, убрзаном струјом у правцу пола, која тече дуж западне границе океанског басена, надмашујући ефекте трења са хладном западном граничном струјом која потиче са високих географских ширина.[24] Целокупни процес, познат као западна интензификација, узрокује да струје на западној граници океанског басена буду јаче од оних на источној граници.[25]

Док путује ка полу, топла вода транспортована јаком струјом топле воде подлеже хлађењу испаравањем. Хлађење је вођено ветром: ветар који се креће изнад воде хлади воду и такође изазива испаравање, остављајући сланију слану воду. У овом процесу вода постаје сланија и гушћа, и опада температура. Када се морски лед формира, соли се изостављају из леда, што је процес познат као искључивање слане воде.[26] Ова два процеса производе воду која је гушћа и хладнија. Вода преко северног Атлантског океана постаје толико густа да почиње да тоне кроз мање слану и мање густу воду. (Ова конвекција отвореног океана није другачија од оне код лава лампе.) Овај силазни ток тешке, хладне и густе воде постаје део северноатлантске дубоке воде, тока који иде на југ.[27]

Референце уреди

  1. ^ Мунсон, Бруце Р. (1990). Фундаменталс оф Флуид Мецханицс. Јохн Wилеy & Сонс. ИСБН 978-0-471-85526-2. 
  2. ^ Фалковицх, Г. (2011). Флуид Мецханицс, а схорт цоурсе фор пхyсицистс. Цамбридге Университy Пресс. ИСБН 978-1-107-00575-4. Архивирано из оригинала 2012-01-20. г. 
  3. ^ Çенгел, Yунус А.; Болес, Мицхаел А. (2001). Тхермодyнамицс:Ан Енгинееринг Аппроацх. МцГраw-Хилл Едуцатион. ИСБН 978-0-07-121688-3. 
  4. ^ Цонвецтион Еxперимент - ГЦСЕ Пхyсицс (на језику: енглески), Архивирано из оригинала 2021-12-11. г., Приступљено 2021-05-11 
  5. ^ Цонвецтион Еxперимент (на језику: енглески), Архивирано из оригинала 2021-12-11. г., Приступљено 2021-05-11 
  6. ^ Цонвецтион Цуррент Лаб Демо (на језику: енглески), Архивирано из оригинала 2021-12-11. г., Приступљено 2021-05-11 
  7. ^ Цолорфул Цонвецтион Цуррентс - Сицк Сциенце! #075 (на језику: енглески), Архивирано из оригинала 2021-12-11. г., Приступљено 2021-05-11 
  8. ^ Цонвецтион ин гасес (на језику: енглески), Архивирано из оригинала 31. 12. 2021. г., Приступљено 2021-05-11 
  9. ^ Пидwирнy, Мицхаел (2008). „ЦХАПТЕР 8: Интродуцтион то тхе Хyдроспхере (е). Цлоуд Форматион Процессес”. Пхyсицал Геограпхy. Архивирано из оригинала 2008-12-20. г. Приступљено 2009-01-01. 
  10. ^ „Wхат ис а монсоон?”. Натионал Wеатхер Сервице Wестерн Регион Хеадqуартерс. Натионал Wеатхер Сервице Форецаст Оффице ин Туцсон, Аризона. 2008. Архивирано из оригинала 2012-06-23. г. Приступљено 2009-03-08. 
  11. ^ Хахн, Доуглас Г.; Манабе, Сyукуро (1975). „Тхе Роле оф Моунтаинс ин тхе Соутх Асиан Монсоон Цирцулатион”. Јоурнал оф тхе Атмоспхериц Сциенцес. 32 (8): 1515—1541. Бибцоде:1975ЈАтС...32.1515Х. ИССН 1520-0469. дои:10.1175/1520-0469(1975)032<1515:ТРОМИТ>2.0.ЦО;2  . 
  12. ^ Университy оф Wисцонсин. Сеа анд Ланд Бреезес. Архивирано 2012-07-04 на сајту Wayback Machine Ретриевед он 2006-10-24.
  13. ^ ЈетСтреам: Ан Онлине Сцхоол Фор Wеатхер (2008). Тхе Сеа Бреезе. Архивирано 2006-09-23 на сајту Wayback Machine Натионал Wеатхер Сервице. Ретриевед он 2006-10-24.
  14. ^ Фрyе, Алберт Ирвин (1913). Цивил енгинеерс' поцкет боок: а референце-боок фор енгинеерс, цонтрацторс. D. Ван Ностранд Цомпанy. стр. 462. Приступљено 2009-08-31. 
  15. ^ Денг, Yикне (2005). Анциент Цхинесе Инвентионс. Цхинесе Интернатионал Пресс. стр. 112—13. ИСБН 978-7-5085-0837-5. Приступљено 2009-06-18. 
  16. ^ „Фог Анд Стратус – Метеорологицал Пхyсицал Бацкгроунд”. Зентралансталт фüр Метеорологие унд Геодyнамик. ФМИ. 2007. Архивирано из оригинала 2011-07-06. г. Приступљено 2009-02-07. 
  17. ^ Моонеy, Цхрис C. (2007). Сторм wорлд: хуррицанес, политицс, анд тхе баттле овер глобал wарминг. Хоугхтон Миффлин Харцоурт. стр. 20. ИСБН 978-0-15-101287-9. Приступљено 2009-08-31. 
  18. ^ Могил, Мицхаел Х. (2007). Еxтреме Wеатхер. Неw Yорк: Блацк Дог & Левентхал Публисхер. стр. 210–211. ИСБН 978-1-57912-743-5. 
  19. ^ „А Севере Wеатхер Пример: Qуестионс анд Ансwерс абоут Тхундерстормс”. Натионал Оцеаниц анд Атмоспхериц Администратион. Натионал Севере Стормс Лабораторy. 2006-10-15. Архивирано из оригинала 2009-08-25. г. Приступљено 2009-09-01. 
  20. ^ „траде wиндс”. Глоссарy оф Метеорологy. Америцан Метеорологицал Социетy. 2009. Архивирано из оригинала 2008-12-11. г. Приступљено 2008-09-08. 
  21. ^ Глоссарy оф Метеорологy (2009). Wестерлиес. Архивирано 2010-06-22 на сајту Wayback Machine Америцан Метеорологицал Социетy. Ретриевед он 2009-04-15.
  22. ^ Маттхиас Томцзак анд Ј. Стуарт Годфреy (2001). Регионал Оцеанограпхy: ан Интродуцтион. Архивирано 2009-09-14 на сајту Wayback Machine Маттхиас Томцзак, пп. 42. ISBN 81-7035-306-8. Retrieved on 2009-05-06.
  23. ^ Earthguide (2007). Lesson 6: Unraveling the Gulf Stream Puzzle - On a Warm Current Running North. Архивирано 2008-07-23 на сајту Wayback Machine Университy оф Цалифорниа ат Сан Диего. Ретриевед он 2009-05-06.
  24. ^ Ангела Цоллинг (2001). Оцеан цирцулатион. Архивирано 2018-03-02 на сајту Wayback Machine Буттерwортх-Хеинеманн, пп. 96. Ретриевед он 2009-05-07.
  25. ^ Натионал Енвиронментал Сателлите, Дата, анд Информатион Сервице (2009). Инвестигатинг тхе Гулф Стреам. Архивирано 2010-05-03 на сајту Wayback Machine North Carolina State University. Retrieved on 2009-05-06.
  26. ^ Russel, Randy. „Thermohaline Ocean Circulation”. University Corporation for Atmospheric Research. Архивирано из оригинала 2009-03-25. г. Приступљено 2009-01-06. 
  27. ^ Behl, R. „Atlantic Ocean water masses”. California State University Long Beach. Архивирано из оригинала 23. 5. 2008. г. Приступљено 2009-01-06. 

Spoljašnje veze уреди

 
Konvekcija на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Konvekcija&oldid=25243097”