Nëse e afroni dorën me një llambë elektrike të ndezur ose e vendosni pëllëmbën tuaj mbi një sobë të nxehtë, mund të ndjeni lëvizjen e rrymave të ajrit të ngrohtë. I njëjti efekt mund të vërehet kur një fletë letre lëkundet mbi një flakë të hapur. Të dy efektet shpjegohen me konvekcion.
Çfarë është?
Fenomeni i konvekcionit bazohet në zgjerimin e një lënde më të ftohtë në kontakt me masat e nxehta. Në rrethana të tilla, substanca e nxehtë humbet densitetin e saj dhe bëhet më e lehtë në krahasim me hapësirën e ftohtë që e rrethon. Më saktë, kjo karakteristikë e fenomenit korrespondon me lëvizjen e rrjedhave të nxehtësisë kur uji nxehet.
Lëvizja e molekulave në drejtime të kundërta nën ndikimin e ngrohjes është pikërisht ajo në të cilën bazohet konvekcioni. Rrezatimi dhe përçueshmëria termike janë procese të ngjashme, por ato kanë të bëjnë kryesisht me transferimin e energjisë termike në trupat e ngurtë.
Shembuj të gjallë të konvekcionit - lëvizja e ajrit të ngrohtë në mes të një dhome me ngrohjepajisjet, kur rrjedhat e nxehta lëvizin nën tavan, dhe ajri i ftohtë zbret në vetë sipërfaqen e dyshemesë. Kjo është arsyeja pse, kur ngrohja është e ndezur, ajri në krye të dhomës është dukshëm më i ngrohtë në krahasim me pjesën e poshtme të dhomës.
Ligji i Arkimedit dhe zgjerimi termik i trupave fizik
Për të kuptuar se çfarë është konvekcioni natyror, mjafton të shqyrtojmë procesin duke përdorur shembullin e ligjit të Arkimedit dhe fenomenin e zgjerimit të trupave nën ndikimin e rrezatimit termik. Pra, sipas ligjit, një rritje e temperaturës çon domosdoshmërisht në një rritje të vëllimit të lëngut. Lëngu i ndezur nga poshtë në kontejnerë ngrihet më lart, dhe lagështia me densitet më të lartë, përkatësisht, lëviz më e ulët. Në rastin e ngrohjes nga lart, lëngjet gjithnjë e më pak të dendura do të mbeten në vendet e tyre, me ç'rast fenomeni nuk do të ndodhë.
Shfaqja e konceptit
Termi "konvekcion" u propozua për herë të parë nga shkencëtari anglez William Prout në vitin 1834. Është përdorur për të përshkruar lëvizjen e masave termike në lëngje të ndezura dhe lëvizëse.
Studimet e para teorike të fenomenit të konvekcionit filluan vetëm në vitin 1916. Gjatë eksperimenteve, u zbulua se kalimi nga difuzioni në konvekcion në lëngjet e ngrohura nga poshtë ndodh kur arrihen disa vlera kritike të temperaturës. Më vonë, kjo vlerë u përcaktua si "numri Roel". Ai u emërua kështu sipas studiuesit që e studioi atë. Rezultatet e eksperimenteve bënë të mundur shpjegimin e lëvizjes së rrjedhave të nxehtësisë nën ndikimin e forcave të Arkimedit.
Llojet e konvekcionit
Ka disa lloje të fenomenit që përshkruajmë - konvekcioni natyror dhe i detyruar. Një shembull i lëvizjes së rrjedhave të ajrit të nxehtë dhe të ftohtë në mes të një dhome është mënyra më e mirë për të karakterizuar procesin e konvekcionit natyror. Sa i përket të detyruar, mund të vërehet kur përzihet lëngu me lugë, pompë ose përzierës.
Konvekcioni është i pamundur kur trupat e ngurtë nxehen. Kjo është për shkak të tërheqjes mjaft të fortë të ndërsjellë gjatë dridhjeve të grimcave të tyre të ngurta. Si rezultat i ngrohjes së trupave të strukturës së ngurtë, konvekcioni dhe rrezatimi nuk ndodhin. Përçueshmëria termike zëvendëson këto dukuri në trupa të tillë dhe kontribuon në transferimin e energjisë termike.
E ashtuquajtura konvekcion kapilar është një lloj më vete. Procesi ndodh kur temperatura ndryshon gjatë lëvizjes së lëngut nëpër tuba. Në kushte natyrore, rëndësia e një konvekcioni të tillë, së bashku me konvekcionin natyror dhe të detyruar, është jashtëzakonisht i parëndësishëm. Megjithatë, në teknologjinë hapësinore, konvekcioni kapilar, rrezatimi dhe përçueshmëria termike e materialeve bëhen faktorë shumë domethënës. Edhe lëvizjet më të dobëta konvektive në kushte pa peshë e bëjnë të vështirë zbatimin e disa detyrave teknike.
Konvekcioni në shtresat e kores së tokës
Proceset e konvekcionit janë të lidhura pazgjidhshmërisht me formimin natyror të substancave të gazta në trashësinë e kores së tokës. Globi mund të konsiderohet si një sferë e përbërë nga disa shtresa koncentrike. Në qendër është një bërthamë masive e nxehtë, e cila është një masë e lëngshme me densitet të lartë që përmban hekur,nikel, si dhe metale të tjera.
Shresat përreth për bërthamën e tokës janë litosfera dhe manteli gjysmë i lëngshëm. Shtresa e sipërme e globit është drejtpërdrejt korja e tokës. Litosfera formohet nga pllaka individuale që janë në lëvizje të lirë, duke lëvizur përgjatë sipërfaqes së mantelit të lëngshëm. Në rrjedhën e ngrohjes së pabarabartë të pjesëve të ndryshme të mantelit dhe shkëmbinjve, të cilët ndryshojnë në përbërje dhe densitet të ndryshëm, formohen rrjedha konvektive. Është nën ndikimin e rrjedhave të tilla që ndodh transformimi natyror i dyshemesë së oqeanit dhe lëvizja e kontinenteve mbajtëse.
Dallimet midis konvekcionit dhe përcjelljes së nxehtësisë
Përçueshmëria termike duhet të kuptohet si aftësia e trupave fizikë për të transferuar nxehtësinë përmes lëvizjes së komponimeve atomike dhe molekulare. Metalet janë përcjellës të shkëlqyer të nxehtësisë, pasi molekulat e tyre janë në kontakt të ngushtë me njëra-tjetrën. Përkundrazi, substancat e gazta dhe të avullueshme veprojnë si përcjellës të dobët të nxehtësisë.
Si ndodh konvekcioni? Fizika e procesit bazohet në transferimin e nxehtësisë për shkak të lëvizjes së lirë të masës së molekulave të substancave. Nga ana tjetër, përçueshmëria termike konsiston vetëm në transferimin e energjisë midis grimcave përbërëse të një trupi fizik. Megjithatë, të dy proceset janë të pamundura pa praninë e grimcave të materies.
Shembuj të fenomenit
Shembulli më i thjeshtë dhe më i kuptueshëm i konvekcionit është procesi i një frigoriferi të zakonshëm. Qarkullimigazi i ftohur i freonit përmes tubave të dhomës së ftohjes çon në një ulje të temperaturës së shtresave të sipërme të ajrit. Rrjedhimisht, duke u zëvendësuar nga rrymat më të ngrohta, ato të ftohtit fundosen, duke i ftohur kështu produktet.
Rrjeta e vendosur në panelin e pasmë të frigoriferit luan rolin e një elementi që lehtëson largimin e ajrit të ngrohtë të formuar në kompresorin e njësisë gjatë ngjeshjes së gazit. Ftohja me rrjetë bazohet gjithashtu në mekanizma konvektivë. Është për këtë arsye që nuk rekomandohet të rrëmohet hapësira pas frigoriferit. Në fund të fundit, vetëm në këtë rast, ftohja mund të ndodhë pa vështirësi.
Shembuj të tjerë të konvekcionit mund të shihen duke vëzhguar një fenomen të tillë natyror si lëvizja e erës. Duke u ngrohur mbi kontinente të thata dhe duke u ftohur në terrene më të ashpër, rrymat e ajrit fillojnë të zhvendosin njëra-tjetrën, duke i bërë ato të lëvizin, si dhe të lëvizin lagështinë dhe energjinë.
Mundësia e fluturimit të zogjve dhe aeroplanëve është e lidhur me konvekcionin. Masat ajrore më pak të dendura dhe më të ngrohta, me ngrohje të pabarabartë pranë sipërfaqes së Tokës, çojnë në formimin e rrymave ngjitëse, të cilat kontribuojnë në procesin e fluturimit. Për të kapërcyer distancat maksimale pa shpenzimin e forcës dhe energjisë, zogjtë kanë nevojë për aftësinë për të gjetur rrjedha të tilla.
Shembuj të mirë të konvekcionit janë formimi i tymit në oxhaqe dhe krateret vullkanike. Lëvizja lart e tymit bazohet në temperaturën më të lartë dhe densitetin më të ulët në krahasim me rrethinën e tij. Ndërsa tymi ftohet, ai gradualisht vendoset në shtresat e poshtme të atmosferës. Pikërisht për këtë arsyetubacionet industriale, përmes të cilave substancat e dëmshme lëshohen në atmosferë, bëhen sa më lart.
Shembujt më të zakonshëm të konvekcionit në natyrë dhe teknologji
Ndër shembujt më të thjeshtë, të lehtë për t'u kuptuar që mund të vërehen në natyrë, jetën e përditshme dhe teknologji, duhet të theksojmë:
- rrjedhja e ajrit gjatë funksionimit të baterive të ngrohjes shtëpiake;
- formimi dhe lëvizja e reve;
- procesi i lëvizjes së erës, musonëve dhe flladit;
- zhvendosja e pllakave tektonike tokësore;
- procese që çojnë në formimin e gazit të lirë.
Gatim
Gjithnjë e më shumë, fenomeni i konvekcionit realizohet në pajisjet moderne shtëpiake, veçanërisht në furrat. Kabineti i gazit me konvekcion ju lejon të gatuani enët e ndryshme në të njëjtën kohë në nivele të veçanta në temperatura të ndryshme. Kjo eliminon plotësisht përzierjen e shijeve dhe aromave.
Furra tradicionale mbështetet në një djegës të vetëm për të ngrohur ajrin, duke rezultuar në shpërndarje të pabarabartë të nxehtësisë. Për shkak të lëvizjes së qëllimshme të rrjedhave të ajrit të nxehtë me ndihmën e një ventilatori të specializuar, enët në një furrë konvekcioni rezultojnë të jenë më të lëngshme dhe të pjekura më mirë. Pajisjet e tilla nxehen më shpejt, gjë që redukton kohën e nevojshme për gatim.
Sigurisht, për amvisat që gatuajnë në furrë vetëm disa herë në vit, një pajisje shtëpiake mefunksioni i konvekcionit nuk mund të quhet teknikë e domosdoshmërisë së parë. Megjithatë, për ata që nuk mund të jetojnë pa eksperimente kulinare, një pajisje e tillë do të bëhet thjesht e domosdoshme në kuzhinë.
Shpresojmë që materiali i paraqitur të ishte i dobishëm për ju. Suksese!
