Sigurno ste čuli za struje konvekcije kad smo razgovarali o različitim slojevi Zemlje. Kada govorimo o konvekcijskim strujama unutar zemlje, govorimo o razlikama u gustoći materijala koji čine zemaljski plašt. Postoje i konvekcijske struje kao tekućine koje se kreću jer postoje razlike u temperaturi.
U ovom ćemo vam članku reći sve o tome.
Što su konvekcijske struje
Kad pronađemo tekućine koje se kreću i kreću jer postoji razlika u temperaturi ili gustoći imamo konvekcijske struje. Da bi postojala ova vrsta struje, mora postojati tekućina, bilo tekućina ili plin. To je zato što su čestice unutar krutine fiksne i ne miču se, stoga ne možete vidjeti protok zbog razlika i u temperaturi i u gustoći.
Razlika između temperatura jednog ili drugog područja unutar istog materijala je ono što uzrokuje prijenos energije s većeg područja na manje. Konvekcija se odvija sve dok ne dođe do potpune ravnoteže. Kada se taj proces dogodi zbog prijenosa topline, stvaraju se struje tvari koje se premještaju s jednog mjesta na drugo. Stoga se to također smatra postupkom prijenosa mase.
Konvekcijske struje koje se javljaju iz prirodno se nazivaju i slobodnom konvekcijom. Ako se, na primjer, ta 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 pomicanje čestica stvarajući struju. Ta se struja može pojaviti i kada postoji razlika u gustoći. Obično protok ide u smjeru od mjesta gdje je viša temperatura ili gustoća prema mjestu gdje je temperatura i gustoća manja. Te se konvekcijske struje odvijaju i u zraku. Protjecanja atmosferskog tlaka pušu u smjeru od mjesta gdje je veća gustoća prema mjestu gdje je manja. U slučaju oluja, zona smjera niskog tlaka bit će meta smjera vjetra.
To je ono što zonu niskog tlaka čini mjestom gdje ima kiše, pa čak i oluje. Kada struja prenosi toplinu iz zone visoke energije u zonu niske energije, dolazi do te konvekcije. U plinovima i u pijesku u plazmi te središnjoj temperaturi koja također dovodi do područja veće i niže gustoće, gdje se atomi i molekule kreću ispunjavajući praznija područja. Sažeto se može reći da vruće tekućine rastu dok hladne kontinuirano tone.
To će se dogoditi prirodno, osim ako ne postoji izvor energije, poput sunčeve svjetlosti ili izvora topline, koji mijenja smjer tih struja. Struje konvekcije odvijaju se dok temperature i gustoća ne postanu jednolike. Komplicirano je da su temperature i gustoće bile potpuno jednolike u slojevima Zemlje. To je zato što je kontinentalna kora u kontinuiranom stvaranju i uništavanju, dakle šesta koja neprekidno uključuje materijale različite temperature i gustoće u zemljin plašt. O temperaturama unutar unutarnje jezgre da i ne govorimo.
Materijali u unutarnjoj jezgri našeg planeta su čvrsti zbog jakog pritiska koji postoji u središtu. S druge strane, vanjska jezgra ima tekuće materijale jer, iako su temperature vrlo visoke, ne postoji tako snažan tlak.
Zbog neprekidnog uvođenja materijala, a razlika u temperaturi i gustoći je tako velika, postoje takozvane konvekcijske struje plašta i uzrok su kretanja Tektonske ploče.
Neki primjeri
Da bismo mogli iznijeti neke primjere koji sve ovo čine mnogo jasnijim, opisat ćemo sljedeće: mnogi znanstvenici analiziraju sile koje djeluju na fluid kako bi ih mogli kategorizirati i razumjeti konvekciju. Te sile mogu uključivati gravitaciju, površinsku napetost, elektromagnetska polja, vibracije, razlike u koncentraciji i stvaranje veza između molekula. Te se konvekcijske struje mogu modelirati i opisati pomoću različitih jednadžbi skalarnog transporta.
Primjer konvekcijske struje može biti ona koja se proizvodi 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 gustoću vode. Kako se voda kreće prema površini, ostavlja malo energije koja izlazi u obliku pare. Isparavanje hladi površinu dovoljno da neke molekule potonu natrag na dno posude.
Sljedeći je primjer konvekcijske struje vrućeg zraka onaj koji se javlja u kući kad se zrak diže 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 zrak kreće. Što su temperaturne razlike između jednog i drugog područja veće, to je veći režim vjetra. To je zato što će se više zraka premjestiti iz zone višeg tlaka u zonu nižeg tlaka.
Nadam se da je s ovim primjerima postalo mnogo jasnije što su konvekcijske struje.