Noteikti esat dzirdējuši par konvekcijas strāvas kad mēs esam runājuši par atšķirīgajiem Zemes slāņi. Kad mēs runājam par konvekcijas strāvām zemes iekšienē, mēs runājam par to materiālu blīvuma atšķirībām, kas veido zemes apvalku. Ir arī konvekcijas strāvas kā šķidrumi, kas pārvietojas, jo pastāv temperatūras atšķirības.
Šajā rakstā mēs jums par to visu pastāstīsim.
Kas ir konvekcijas strāvas
Kad atrodam šķidrumus, kas kustas un kustas tāpēc, ka ir temperatūras vai blīvuma atšķirība, mums ir konvekcijas strāvas. Lai pastāvētu šāda veida strāva, jābūt šķidrumam, vai nu šķidrumam, vai gāzei. Tas ir tāpēc, ka cietās daļiņas ir fiksētas un nepārvietojas, tāpēc jūs nevarat redzēt plūsmu gan temperatūras, gan blīvuma atšķirību dēļ.
Atšķirība starp vienas vai otras zonas temperatūrām tajā pašā materiālā ir tā, kas izraisa enerģijas pārnesi no lielāka laukuma uz mazāku. Konvekcija notiek līdz pilnīgai līdzsvaram. Kad šis process notiek siltuma pārneses dēļ, veidojas vielas strāvas, kas pārvietojas no vienas vietas uz otru. Tāpēc tas tiek uzskatīts arī par masu pārvietošanas procesu.
Konvekcijas strāvas, kas rodas no dabiski tos sauc arī par brīvu konvekciju. Ja, piemēram, šī konvekcija notiek ierīces, piemēram, ventilatora vai sūkņa iekšpusē, to sauc par piespiedu konvekciju.
Kāpēc veidojas konvekcijas strāvas?
Šāda veida parādība notiek temperatūras starpības dēļ, kuras dēļ daļiņas pārvietojas, radot strāvu. Šī strāva var rasties arī tad, ja ir atšķirība blīvumā. Parasti plūsma iet virzienā, kur ir augstāka temperatūra vai blīvums, līdz vietai, kur ir mazāka temperatūra un blīvums. Šīs konvekcijas strāvas notiek arī gaisā. Atmosfēras spiediena plūsmas pūš virzienā no vietas, kur ir lielāks blīvums, līdz tur, kur ir mazāk. Vētru gadījumā vēja virziena mērķis būs zema spiediena zona.
Tas padara zema spiediena zonu par vietu, kur ir nokrišņi un pat vētras. Kad strāva pārnes siltumu no augstas enerģijas zonas uz zemas enerģijas zonu, notiek šī konvekcija. Gāzēs un plazmas smiltīs un centrālajā temperatūrā, kas arī noved pie augstāka un mazāka blīvuma reģioniem, kur atomi un molekulas pārvietojas, lai aizpildītu tukšākas vietas. Apkopoti var teikt, ka karstie šķidrumi pieaug, kamēr aukstie šķidrumi nepārtraukti grimst.
Tas notiks dabiski, ja vien nav enerģijas avota, piemēram, saules gaismas vai siltuma avota, kas maina šo strāvu virzienu. Konvekcijas strāvas notiek, līdz temperatūra un blīvums ir vienādi. Tas, ka Zemes slāņos temperatūra un blīvums bija pilnīgi vienādi, ir sarežģītāk. Tas ir tāpēc, ka kontinentālā garoza nepārtraukti tiek radīta un iznīcināta, tāpēc sestā pastāvīgi zemes apvalkā iekļauj materiālus ar dažādu temperatūru un blīvumu. Nemaz nerunājot par temperatūru iekšējā kodola iekšpusē.
Materiāli mūsu planētas iekšējā kodolā ir cieti, pateicoties spēcīgajam spiedienam, kas pastāv centrā. Savukārt ārējā kodolā ir šķidri materiāli, jo, lai arī temperatūra ir ļoti augsta, nav tik spēcīga spiediena.
Sakarā ar šo nepārtraukto materiālu ieviešanu un temperatūras un blīvuma atšķirība ir tik liela, ir tā saucamās apvalka konvekcijas strāvas, un tās ir Tektoniskās plāksnes.
Daži piemēri
Lai varētu minēt dažus piemērus, kas to visu padara daudz skaidrāku, mēs aprakstīsim sekojošo: daudzi zinātnieki analizē spēkus, kas iedarbojas uz šķidrumu, lai varētu tos kategorizēt un saprast konvekciju. Šie spēki var ietvert gravitāciju, virsmas spraigumu, elektromagnētiskos laukus, vibrācijas, koncentrācijas atšķirības un saišu veidošanos starp molekulām. Šīs konvekcijas strāvas var modelēt un aprakstīt, izmantojot dažādus skalāros transporta vienādojumus.
Konvekcijas strāvas piemērs var būt tāds, kas rodas, vārot ūdeni katlā. Tiklīdz tiek pievienoti daži zirņi vai papīra gabals, lai izsekotu pašreizējo plūsmu, jūs varat redzēt, kā siltuma avots cauruma iekšējā daļā silda ūdeni un dod tam enerģiju, liekot molekulām ātrāk pārvietoties. Ja materiāls tiek ievadīts zemā temperatūrā, tas ietekmē arī ūdens blīvumu. Ūdenim virzoties uz virsmu, tas atstāj enerģiju, kas izplūst tvaiku veidā. Iztvaicēšana pietiekami atdzesē virsmu, lai dažas molekulas varētu atkal nogrimt katla apakšā.
Vēl viens karstā gaisa konvekcijas strāvas piemērs ir tas, kas notiek mājā kad gaiss paceļas caur mājas jumtu vai bēniņiem. Tas ir tāpēc, ka karsts gaiss ir mazāk blīvs nekā auksts, tāpēc tam ir tendence pieaugt. Kā jau minējām iepriekš, to varam redzēt arī ar vēju. Saules gaisma un starojums silda gaisu atmosfērā temperatūras starpības noteikšana, kas izraisa gaisa kustību. Jo stāvāka ir temperatūras starpība vienā un otrā apgabalā, jo lielāks ir vēja režīms. Tas ir tāpēc, ka vairāk gaisa pārvietosies no augstāka spiediena zonas uz zemāka spiediena zonu.
Es ceru, ka ar šiem piemēriem ir kļuvis daudz skaidrāk, kas ir konvekcijas strāvas.