La convezione avviene su larga scala in atmosfere, oceani, mantelli planetari e fornisce il meccanismo di trasferimento del calore per una grande frazione degli interni più esterni del nostro sole e di tutte le stelle. Il movimento fluido durante la convezione può essere invisibilmente lento, o può essere ovvio e rapido, come in un uragano. Su scale astronomiche, si pensa che la convezione di gas e polvere si verifichi nei dischi di accrescimento dei buchi neri, a velocità che possono avvicinarsi strettamente a quella della luce.,
Trasferimento di calore
Un dissipatore di calore fornisce un’ampia superficie per la convezione per trasportare efficacemente il calore.
Il trasferimento di calore convettivo è un meccanismo di trasferimento di calore che si verifica a causa del movimento di massa (movimento osservabile) dei fluidi. Il calore è l’entità di interesse che viene advected (trasportato) e diffuso (disperso)., Questo può essere contrastato con il trasferimento di calore conduttivo, che è il trasferimento di energia da vibrazioni a livello molecolare attraverso un solido o fluido, e il trasferimento di calore radiativo, il trasferimento di energia attraverso le onde elettromagnetiche.
Il calore viene trasferito per convezione in numerosi esempi di flusso di fluido naturale, come vento, correnti oceaniche e movimenti all’interno del mantello terrestre. La convezione viene anche utilizzata nelle pratiche ingegneristiche di case, processi industriali, raffreddamento di apparecchiature, ecc.,
La velocità di trasferimento di calore convettivo può essere migliorata con l’uso di un dissipatore di calore, spesso in combinazione con un ventilatore. Ad esempio, una tipica CPU del computer avrà una ventola appositamente creata per garantire che la sua temperatura di esercizio sia mantenuta entro limiti tollerabili.
Convezione cellsEdit
celle di Convezione in un campo di gravità
Una cella di convezione, noto anche come un Bénard cella, è una caratteristica di flusso del fluido modello in molti sistemi a convezione., Un corpo di fluido in aumento in genere perde calore perché incontra una superficie più fredda. Nel liquido, ciò si verifica perché scambia calore con liquido più freddo attraverso lo scambio diretto. Nell’esempio dell’atmosfera terrestre, ciò si verifica perché irradia calore. A causa di questa perdita di calore il fluido diventa più denso del fluido sottostante, che è ancora in aumento. Dal momento che non può scendere attraverso il fluido in aumento, si muove da un lato. A una certa distanza, la sua forza verso il basso supera la forza ascendente sotto di essa e il fluido inizia a scendere., Mentre scende, si scalda di nuovo e il ciclo si ripete.
Atmosferica convectionEdit
Atmosferica circulationEdit
Modello di rappresentazione della circolazione globale sulla Terra
circolazione Atmosferica è il grande movimento di aria, ed è un mezzo attraverso il quale l’energia termica è distribuita sulla superficie della Terra, insieme con il molto più lento (lag) oceano sistema di circolazione., La struttura su larga scala della circolazione atmosferica varia di anno in anno, ma la struttura climatologica di base rimane abbastanza costante.
La circolazione latitudinale si verifica perché la radiazione solare incidente per unità di area è più alta all’equatore del calore e diminuisce all’aumentare della latitudine, raggiungendo i minimi ai poli. È costituito da due celle di convezione primarie, la cella di Hadley e il vortice polare, con la cella di Hadley che sperimenta una convezione più forte a causa del rilascio di energia termica latente per condensazione del vapore acqueo ad altitudini più elevate durante la formazione delle nubi.,
La circolazione longitudinale, d’altra parte, avviene perché l’oceano ha una maggiore capacità termica specifica rispetto alla terra (e anche la conduttività termica, consentendo al calore di penetrare ulteriormente sotto la superficie ) e quindi assorbe e rilascia più calore, ma la temperatura cambia meno della terra. Questo porta la brezza marina, aria raffreddata dall’acqua, a terra durante il giorno, e porta la brezza terrestre, aria raffreddata dal contatto con il terreno, in mare durante la notte. Circolazione longitudinale è costituito da due cellule, la circolazione Walker e El Niño / Oscillazione Sud.,
WeatherEdit
Come Foehn è prodotto
un Po ‘ di più di localizzati fenomeni di circolazione atmosferica globale anche a causa della convezione, tra vento e alcuni del ciclo idrologico. Ad esempio, un vento di foehn è un vento di discesa che si verifica sul lato sottovento di una catena montuosa. Deriva dal riscaldamento adiabatico dell’aria che ha fatto cadere la maggior parte della sua umidità sui pendii sopravento., A causa dei diversi tassi di decadimento adiabatico dell’aria umida e secca, l’aria sui pendii sottovento diventa più calda che alla stessa altezza sui pendii sopravento.
Una colonna termica (o termica) è una sezione verticale di aria ascendente nelle quote più basse dell’atmosfera terrestre. Le termiche sono create dal riscaldamento irregolare della superficie terrestre dalla radiazione solare. Il Sole riscalda il terreno, che a sua volta riscalda l’aria direttamente sopra di esso. L’aria più calda si espande, diventando meno densa della massa d’aria circostante e creando un basso termico., La massa di aria più leggera aumenta e, come fa, si raffredda per espansione a pressioni d’aria inferiori. Smette di salire quando si è raffreddato alla stessa temperatura dell’aria circostante. Associato a una termica è un flusso verso il basso che circonda la colonna termica. L’esterno in movimento verso il basso è causato dall’aria più fredda spostata nella parte superiore della termica. Un altro effetto meteorologico guidato dalla convezione è la brezza marina.
Fasi della vita di un temporale.,
L’aria calda ha una densità inferiore rispetto all’aria fredda, quindi l’aria calda sale all’interno di aria più fredda, simile alle mongolfiere. Le nuvole si formano quando l’aria relativamente più calda che trasporta l’umidità aumenta all’interno dell’aria più fredda. Quando l’aria umida sale, si raffredda, causando la condensazione di parte del vapore acqueo nel pacchetto di aria in aumento. Quando l’umidità si condensa, rilascia energia nota come calore latente di condensazione che consente al pacchetto di aria in aumento di raffreddarsi meno dell’aria circostante, continuando l’ascensione della nube., Se nell’atmosfera è presente abbastanza instabilità, questo processo continuerà abbastanza a lungo da formare nubi cumulonimbiche, che supportano fulmini e tuoni. Generalmente, i temporali richiedono tre condizioni per formarsi: umidità, una massa d’aria instabile e una forza di sollevamento (calore).
Tutti i temporali, indipendentemente dal tipo, passano attraverso tre fasi: la fase di sviluppo, la fase matura e la fase di dissipazione. Il temporale medio ha un diametro di 24 km (15 miglia). A seconda delle condizioni presenti nell’atmosfera, queste tre fasi richiedono in media 30 minuti.,
Oceanic circulationEdit
correnti Oceaniche
la radiazione Solare colpisce gli oceani: acqua calda dall’Equatore tende a circolare verso i poli, mentre il freddo polare acqua si dirige verso l’Equatore. Le correnti superficiali sono inizialmente dettate dalle condizioni del vento superficiale. Gli alisei soffiano verso ovest nei tropici, e gli occidentali soffiano verso est alle medie latitudini., Questo modello di vento applica uno stress alla superficie dell’oceano subtropicale con arricciatura negativa attraverso l’emisfero settentrionale e il contrario attraverso l’emisfero meridionale. Il trasporto Sverdrup risultante è equatorward., A causa della conservazione della vorticità potenziale causata dai venti poleward-moving sulla periferia occidentale della dorsale subtropicale e l’aumento della vorticità relativa dell’acqua poleward moving, il trasporto è bilanciato da una corrente poleward stretta e accelerata, che scorre lungo il confine occidentale del bacino oceanico, superando gli effetti dell’attrito con la corrente fredda del confine occidentale che proviene dalle alte latitudini. Il processo complessivo, noto come intensificazione occidentale, fa sì che le correnti sul confine occidentale di un bacino oceanico siano più forti di quelle sul confine orientale.,
Mentre viaggia verso il polo, l’acqua calda trasportata da una forte corrente di acqua calda subisce un raffreddamento evaporativo. Il raffreddamento è guidato dal vento: il vento che si muove sull’acqua raffredda l’acqua e provoca anche l’evaporazione, lasciando una salamoia più salata. In questo processo, l’acqua diventa più salata e più densa. e diminuisce di temperatura. Una volta che il ghiaccio marino si forma, i sali vengono lasciati fuori dal ghiaccio, un processo noto come esclusione della salamoia. Questi due processi producono acqua più densa e fredda. L’acqua attraverso l’oceano Atlantico settentrionale diventa così densa che inizia ad affondare attraverso acqua meno salata e meno densa., (L’azione convettiva non è dissimile da quella di una lampada di lava.) Questo downdraft di acqua pesante, fredda e densa diventa una parte dell’acqua profonda del Nord Atlantico, un flusso in direzione sud.
Mantle convectionEdit
Una placca oceanica viene aggiunta dall’upwelling (a sinistra) e consumata in una zona di subduzione (a destra).,
La convezione del mantello è il lento movimento strisciante del mantello roccioso terrestre causato dalle correnti di convezione che trasportano calore dall’interno della terra alla superficie. È una delle 3 forze motrici che fa muovere le placche tettoniche sulla superficie terrestre.
La superficie terrestre è divisa in un numero di placche tettoniche che vengono continuamente create e consumate ai loro confini opposti. La creazione (accrescimento) si verifica quando il mantello viene aggiunto ai bordi crescenti di una piastra. Questo materiale aggiunto caldo si raffredda per conduzione e convezione di calore., Ai bordi di consumo della piastra, il materiale si è contratto termicamente per diventare denso e affonda sotto il proprio peso nel processo di subduzione in una fossa oceanica. Questo materiale subdotto affonda a una certa profondità nell’interno della Terra dove è vietato affondare ulteriormente. La crosta oceanica subdotta innesca il vulcanismo.
Effetto stack
L’effetto Stack o effetto camino è il movimento di aria dentro e fuori di edifici, camini, pile di gas di scarico o altri contenitori a causa della galleggiabilità., La galleggiabilità si verifica a causa di una differenza nella densità dell’aria da interno a esterno derivante dalle differenze di temperatura e umidità. Maggiore è la differenza termica e l’altezza della struttura, maggiore è la forza di galleggiabilità e quindi l’effetto pila. L’effetto pila aiuta a guidare la ventilazione naturale e l’infiltrazione. Alcune torri di raffreddamento operano su questo principio; allo stesso modo la torre updraft solare è un dispositivo proposto per generare elettricità basata sull’effetto stack.,
Fisica stellaremodifica
Un’illustrazione della struttura del Sole e di una stella gigante rossa, che mostra le loro zone convettive. Queste sono le zone granulari negli strati esterni di queste stelle.
Granuli—le dimensioni visibili superiori o superiori delle cellule di convezione, viste sulla fotosfera del Sole. Questi sono causati dalla convezione nella fotosfera superiore del Sole., Il Nord America è sovrapposto per indicare la scala.
La zona di convezione di una stella è l’intervallo di raggi in cui l’energia viene trasportata principalmente per convezione.
I granuli sulla fotosfera del Sole sono le cime visibili delle cellule di convezione nella fotosfera, causate dalla convezione del plasma nella fotosfera. La parte ascendente dei granuli si trova al centro dove il plasma è più caldo. Il bordo esterno dei granuli è più scuro a causa del plasma discendente più freddo., Un granello tipico ha un diametro dell’ordine di 1.000 chilometri e ciascuno dura da 8 a 20 minuti prima di dissiparsi. Sotto la fotosfera c’è uno strato di “supergranuli” molto più grandi fino a 30.000 chilometri di diametro, con una durata di vita fino a 24 ore.
CookingEdit
Un forno a convezione è un forno che ha dei ventilatori per far circolare l’aria intorno al cibo, utilizzando il meccanismo di convezione per cucinare il cibo più velocemente di un forno convenzionale., I forni a convezione distribuiscono il calore in modo uniforme attorno al cibo, rimuovendo la coltre di aria più fredda che circonda il cibo quando viene posto per la prima volta in un forno e consentendo al cibo di cuocere in modo più uniforme in meno tempo e ad una temperatura inferiore rispetto a un forno convenzionale. Un forno a convezione ha un ventilatore con un elemento riscaldante attorno ad esso. Un piccolo ventilatore fa circolare l’aria nella camera di cottura.