Sigurno ste čuli za struje konvekcije kad smo razgovarali o različitim slojevi Zemlje. Kada govorimo o konvekcijskim strujama unutar zemlje, govorimo o razlikama gustine materijala koji čine zemljin plašt. Postoje i konvekcijske struje kao fluidi koji se kreću jer postoje razlike u temperaturi.
U ovom članku ćemo vam reći sve o tome.
Šta su konvekcijske struje
Kada pronađemo tečnosti koje se kreću i kreću jer postoji razlika u temperaturi ili gustini imamo konvekcijske struje. Da bi postojala ova vrsta struje, mora postojati fluid, bilo tečnost ili plin. To je zato što su čestice unutar krutine fiksne i ne miču se, stoga ne možete vidjeti protok zbog razlika u temperaturi i gustoći.
Razlika između temperatura jednog ili drugog područja unutar istog materijala je ono što uzrokuje prijenos energije s veće površine na manju. Konvekcija se odvija sve dok ne dođe do potpune ravnoteže. Kada se ovaj proces dogodi zbog prijenosa topline, stvaraju se struje materije koje se premještaju s jednog mjesta na drugo. Stoga se to također smatra postupkom masovnog prijenosa.
Konvekcijske struje koje se javljaju iz prirodno se nazivaju i slobodnom konvekcijom. Ako se, na primjer, ova konvekcija odvija unutar uređaja poput ventilatora ili pumpe, to se naziva prisilna konvekcija.
Zašto nastaju konvekcijske struje?
Ova vrsta pojave događa se zbog temperaturne razlike koja uzrokuje kretanje čestica stvarajući struju. Ova struja se može pojaviti i kada postoji razlika u gustini. Obično protok ide u smjeru od mjesta gdje je viša temperatura ili gustina prema mjestu gdje je temperatura i gustina manja. Te se konvekcijske struje odvijaju i u zraku. Proticaji atmosferskog pritiska pušu u smjeru odakle je veća gustoća do tamo gdje je manja. U slučaju oluja, zona niskog pritiska bit će meta smjera vjetra.
To je ono što čini zonu niskog pritiska mjestom gdje ima kiše, pa čak i oluje. Kada struja prenosi toplotu iz zone visoke energije u zonu niske energije, dolazi do te konvekcije. U plinovima i u plazmi pijeska i centralne temperature koja također dovodi do područja veće i niže gustine, gdje se atomi i molekuli kreću ispunjavajući praznija područja. Rezimirano se može reći da vruće tekućine rastu, dok hladne kontinuirano tonu.
To će se dogoditi prirodno, osim ako ne postoji izvor energije, poput sunčeve svjetlosti ili izvora toplote, koji mijenja smjer ovih struja. Struje konvekcije odvijaju se dok temperature i gustine ne postanu jednolike. Komplicirano je da su temperature i gustine bile potpuno jednolike u zemljinim slojevima. To je zato što je kontinentalna kora u kontinuiranom stvaranju i uništavanju, dakle šesta, koja neprekidno sadrži materijale različite temperature i gustine u zemaljskom plaštu. O temperaturama unutarnjeg jezgra da i ne govorimo.
Materijali u unutrašnjem jezgru naše planete su čvrsti zbog jakog pritiska koji postoji u centru. S druge strane, vanjsko jezgro ima fluidne materijale jer, iako su temperature vrlo visoke, ne postoji tako snažan pritisak.
Zbog ovog kontinuiranog uvođenja materijala, a razlika u temperaturi i gustini je toliko velika, postoje takozvane konvekcijske struje plašta i uzrok su kretanja Tektonske ploče.
Neki primjeri
Da bismo mogli dati neke primjere koji sve ovo čine mnogo jasnijim, opisat ćemo sljedeće: mnogi naučnici analiziraju sile koje djeluju na fluid kako bi ih kategorizirali i razumjeli konvekciju. Te sile mogu uključivati gravitaciju, površinski napon, elektromagnetska polja, vibracije, razlike u koncentraciji i stvaranje veza između molekula. Te se konvekcijske struje mogu modelirati i opisati pomoću različitih skalarnih jednačina transporta.
Primjer konvekcijske struje može biti ona proizvedena kipućom vodom u loncu. Čim se doda nekoliko graška ili komad papira za praćenje trenutnog protoka, možete vidjeti kako izvor topline u unutarnjem dijelu rupe zagrijava vodu i daje joj energiju, čineći da se molekule brže kreću. Kada se materijal uvodi na niskoj temperaturi, to također utječe na gustinu vode. Kako se voda kreće prema površini, ostavlja malo energije koja izlazi u obliku pare. Isparavanje hladi površinu dovoljno da se neki molekuli vrate na dno posude.
Sljedeći primjer konvekcijske struje vrućeg zraka je onaj koji se javlja u kući kada se zrak podiže kroz krov ili potkrovlje kuće. To je zato što je vrući zrak manje gust od hladnog pa ima tendenciju porasta. Kao što smo već spomenuli, to možemo vidjeti i po vjetru. Sunčeva svjetlost i zračenje zagrijavaju zrak u atmosferi uspostavljanje temperaturne razlike zbog koje se vazduh pokreće. Što su razlike u temperaturama između jednog i drugog područja veće, to je veći režim vjetra. To je zato što će se više zraka premjestiti iz zone višeg pritiska u zonu nižeg tlaka.
Nadam se da je s ovim primjerima postalo mnogo jasnije što su konvekcijske struje.