Konvektion

Konvektion tritt in großem Maßstab in Atmosphären, Ozeanen und Planetenmantel auf und bietet den Mechanismus der Wärmeübertragung für einen großen Teil der äußersten Innenräume unserer Sonne und aller Sterne. Die Flüssigkeitsbewegung während der Konvektion kann unsichtbar langsam oder offensichtlich und schnell sein, wie bei einem Hurrikan. Auf astronomischen Maßstäben wird angenommen, dass die Konvektion von Gas und Staub in den Akkretionsscheiben Schwarzer Löcher mit Geschwindigkeiten auftritt, die sich denen des Lichts nähern können.,

Wärmeübertragungedit

Die konvektive Wärmeübertragung ist ein Mechanismus der Wärmeübertragung, der aufgrund der Massenbewegung (beobachtbare Bewegung) von Flüssigkeiten auftritt. Wärme ist die Entität von Interesse, die advected (carried) und diffundiert (dispergiert) wird., Dies kann mit leitfähiger Wärmeübertragung kontrastiert werden, die die Übertragung von Energie durch Schwingungen auf molekularer Ebene durch einen Feststoff oder eine Flüssigkeit ist, und Strahlungswärmeübertragung, die Übertragung von Energie durch elektromagnetische Wellen.

Wärme wird durch Konvektion in zahlreichen Beispielen natürlich vorkommender Fluidströmungen wie Wind, Meeresströmungen und Bewegungen innerhalb des Erdmantels übertragen. Konvektion wird auch in technischen Praktiken von Häusern, industriellen Prozessen, Kühlung von Geräten usw. verwendet.,

Die Geschwindigkeit der konvektiven Wärmeübertragung kann durch die Verwendung eines Kühlkörpers, häufig in Verbindung mit einem Ventilator, verbessert werden. Zum Beispiel wird eine typische Computer-CPU einen speziell angefertigten Lüfter haben, um sicherzustellen, dass ihre Betriebstemperatur innerhalb tolerierbarer Grenzen gehalten wird.

Konvektion cellsEdit

EINE konvektion zelle, auch bekannt als eine Bénard zelle, ist eine charakteristische flüssigkeit fluss muster in viele konvektion systeme., Ein aufsteigender Flüssigkeitskörper verliert typischerweise Wärme, weil er auf eine kältere Oberfläche trifft. In Flüssigkeit tritt dies auf, weil es Wärme durch direkten Austausch mit kälterer Flüssigkeit austauscht. Im Beispiel der Erdatmosphäre geschieht dies, weil es Wärme ausstrahlt. Durch diesen Wärmeverlust wird das Fluid dichter als das Fluid darunter, das noch ansteigt. Da es nicht durch die aufsteigende Flüssigkeit absteigen kann, bewegt es sich zur Seite. In einiger Entfernung überwindet seine Abwärtskraft die darunter liegende aufsteigende Kraft und die Flüssigkeit beginnt abzusteigen., Beim Abstieg erwärmt es sich wieder und der Zyklus wiederholt sich.

Atmosphärische Konvektion

Atmosphärische Zirkulation

Atmosphärische Zirkulation ist die großflächige Bewegung der Luft und ist ein Mittel, mit dem thermische Zirkulation energie wird auf der Erdoberfläche verteilt, zusammen mit dem viel langsameren (verzögerten) Ozeanzirkulationssystem., Die großräumige Struktur der atmosphärischen Zirkulation variiert von Jahr zu Jahr, aber die grundlegende klimatologische Struktur bleibt ziemlich konstant.

Die Breitenzirkulation tritt auf, weil die einfallende Sonnenstrahlung pro Flächeneinheit am Wärmäquator am höchsten ist und mit zunehmender Breite abnimmt und an den Polen ein Minimum erreicht. Es besteht aus zwei primären Konvektionszellen, der Hadley-Zelle und dem Polarwirbel, wobei die Hadley-Zelle aufgrund der Freisetzung latenter Wärmeenergie durch Kondensation von Wasserdampf in höheren Höhen während der Wolkenbildung eine stärkere Konvektion erfährt.,

Die Längszirkulation kommt dagegen zustande, weil der Ozean eine höhere spezifische Wärmekapazität als Land hat (und auch Wärmeleitfähigkeit, die es der Wärme ermöglicht, weiter unter die Oberfläche einzudringen ) und dadurch mehr Wärme absorbiert und freisetzt, aber die Temperatur ändert sich weniger als Land. Dies bringt die meeresbrise, luft gekühlt durch das wasser, an land in den tag, und trägt die landbrise, luft gekühlt durch kontakt mit dem boden, heraus zu meer während der nacht. Longitudinal Circulation besteht aus zwei Zellen, der Walker Circulation und El Niño / Southern Oscillation.,

WeatherEdit

Einige lokalere Phänomene als die globale atmosphärische Bewegung sind auch auf Konvektion zurückzuführen, einschließlich Wind und hydrologischer Kreislauf. Zum Beispiel ist ein Föhnwind ein Abwärtswind, der auf der Abwärtsseite eines Gebirges auftritt. Es resultiert aus der adiabatischen Erwärmung der Luft, die den größten Teil ihrer Feuchtigkeit an windigen Hängen verloren hat., Aufgrund der unterschiedlichen adiabatischen Verfallraten feuchter und trockener Luft wird die Luft an den Leeseiten wärmer als auf gleicher Höhe an den windwärts gelegenen Hängen.

Eine thermische Säule (oder thermische) ist ein vertikaler Abschnitt der aufsteigenden Luft in den unteren Höhen der Erdatmosphäre. Thermik entsteht durch die ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche durch Sonnenstrahlung. Die Sonne wärmt den Boden, was wiederum die Luft direkt darüber erwärmt. Die wärmere Luft dehnt sich aus, wird weniger dicht als die umgebende Luftmasse und erzeugt ein thermisches Tief., Die Masse der leichteren Luft steigt an und kühlt sich dabei durch Ausdehnung bei niedrigeren Luftdrücken ab. Es hört auf zu steigen, wenn es auf die gleiche Temperatur wie die Umgebungsluft abgekühlt ist. Verbunden mit einer thermischen ist eine Abwärtsströmung, die die thermische Säule umgibt. Das sich nach unten bewegende Äußere wird dadurch verursacht, dass kältere Luft an der Oberseite des thermischen verdrängt wird. Ein weiterer konvektionsgetriebener Wettereffekt ist die Meeresbrise.

Warme Luft hat eine geringere Dichte als kühle Luft, so dass warme Luft in kühlerer Luft aufsteigt, ähnlich wie Heißluftballons. Wolken bilden sich, wenn relativ wärmere Luft, die Feuchtigkeit trägt, in kühlerer Luft aufsteigt. Wenn die feuchte Luft aufsteigt, kühlt sie ab, wodurch ein Teil des Wasserdampfs in der aufsteigenden Luftmenge kondensiert. Wenn die Feuchtigkeit kondensiert, setzt sie Energie frei, die als latente Kondensationswärme bekannt ist und es dem aufsteigenden Luftpaket ermöglicht, weniger abzukühlen als seine Umgebungsluft, wodurch der Aufstieg der Wolke fortgesetzt wird., Wenn genügend Instabilität in der Atmosphäre vorhanden ist, wird dieser Prozess lange genug fortgesetzt, bis sich Kumulonimbuswolken bilden, die Blitz und Donner unterstützen. Im Allgemeinen erfordern Gewitter drei Bedingungen: Feuchtigkeit, eine instabile Luftmasse und eine Hubkraft (Hitze).

Alle Gewitter durchlaufen unabhängig vom Typ drei Phasen: die Entwicklungsphase, die reife Phase und die Dissipationsphase. Das durchschnittliche Gewitter hat einen Durchmesser von 24 km. Abhängig von den Bedingungen in der Atmosphäre dauern diese drei Phasen durchschnittlich 30 Minuten.,

Oceanic circulationEdit

Solar-Strahlung wirkt sich die Ozeane: warmes Wasser vom Äquator neigt zu zirkulieren an den Polen, während des kalten polaren Wassers in Richtung des Äquators. Die Oberflächenströme werden zunächst durch Oberflächenwindbedingungen bestimmt. Die Passatwinde wehen in den Tropen nach Westen, und die Westerlies wehen in mittleren Breiten nach Osten., Dieses Windmuster belastet die subtropische Meeresoberfläche mit negativer Locke über die nördliche Hemisphäre und umgekehrt über die südliche Hemisphäre. Der resultierende Sverdrup-Transport ist äquatorwärts., Aufgrund der Erhaltung der potentiellen Wirbel, die durch die polwärtsbewegten Winde an der westlichen Peripherie des subtropischen Kamms verursacht werden, und der erhöhten relativen Wirbel des polwärtsbewegten Wassers wird der Transport durch einen schmalen, sich beschleunigenden Polwärtsstrom ausgeglichen, der entlang der westlichen Grenze des Ozeanbeckens fließt und die Auswirkungen der Reibung mit dem kalten westlichen Grenzstrom überwiegt, der aus hohen Breiten stammt. Der Gesamtprozess, bekannt als westliche Intensivierung, bewirkt, dass Strömungen an der westlichen Grenze eines Ozeanbeckens stärker sind als an der östlichen Grenze.,

Während der Fahrt wird warmes Wasser, das durch starken Warmwasserstrom transportiert wird, einer Verdunstungskühlung unterzogen. Die Kühlung ist windgetrieben: Wind, der sich über Wasser bewegt, kühlt das Wasser und verursacht auch Verdunstung, wobei eine salzigere Sole zurückbleibt. In diesem Prozess wird das Wasser salziger und dichter. und sinkt in der Temperatur. Sobald sich Meereis bildet, werden Salze aus dem Eis gelassen, ein Prozess, der als Soleausschluss bekannt ist. Diese beiden Prozesse produzieren Wasser, das dichter und kälter ist. Das Wasser über den Nordatlantik wird so dicht, dass es durch weniger salziges und weniger dichtes Wasser zu sinken beginnt., (Die konvektive Wirkung ist der einer Lavalampe nicht unähnlich.) Dieser Abfluss von schwerem, kaltem und dichtem Wasser wird zu einem Teil des nordatlantischen Tiefwassers, eines südatlantischen Stroms.

Mantle convectionEdit

Mantelkonvektion ist die langsame Kriechbewegung des felsigen Mantels der Erde, die durch Konvektionsströme verursacht wird, die Wärme vom Erdinneren an die Oberfläche transportieren. Es ist eine von 3 treibenden Kräften, die dazu führt, dass sich tektonische Platten um die Erdoberfläche bewegen.

Die Erdoberfläche ist in eine Reihe von tektonischen Platten unterteilt, die kontinuierlich an ihren gegenüberliegenden Plattengrenzen erzeugt und verbraucht werden. Die Erzeugung (Akkretion) erfolgt, wenn Mantel zu den wachsenden Rändern einer Platte hinzugefügt wird. Dieses heiß hinzugefügte Material kühlt durch Wärmeleitung und-konvektion ab., An den oberen Rändern der Platte hat sich das Material thermisch zusammengezogen, um dicht zu werden, und es sinkt unter seinem eigenen Gewicht bei der Subduktion an einem Ozeangraben. Dieses subduzierte Material sinkt bis zu einer gewissen Tiefe im Erdinneren, wo es verboten ist, weiter zu sinken. Die subduzierte ozeanische Kruste löst Vulkanismus aus.

Stack effectEdit

Der Stack-Effekt oder Kamineffekt ist die Bewegung von Luft in und aus Gebäuden, Schornsteinen, Rauchgasstapeln oder anderen Behältern aufgrund von Auftrieb., Auftrieb tritt aufgrund eines Unterschieds der Luftdichte von Innen nach außen auf, der sich aus Temperatur-und Feuchtigkeitsunterschieden ergibt. Je größer der thermische Unterschied und die Höhe der Struktur sind, desto größer ist die Auftriebskraft und damit der Stapeleffekt. Der Stapeleffekt fördert die natürliche Belüftung und Infiltration. Einige Kühltürme arbeiten nach diesem Prinzip; In ähnlicher Weise ist der Solar Upcraft Tower ein vorgeschlagenes Gerät zur Stromerzeugung basierend auf dem Stapeleffekt.,

Sternphysikedit

Die Konvektionszone eines Sterns ist der Radienbereich, in dem Energie hauptsächlich durch Konvektion transportiert wird.

Granulate auf der Photosphäre der Sonne sind die sichtbaren Spitzen von Konvektionszellen in der Photosphäre, die durch Konvektion von Plasma in der Photosphäre verursacht werden. Der aufsteigende Teil des Granulats befindet sich in der Mitte, wo das Plasma heißer ist. Der äußere Rand des Granulats ist aufgrund des kühleren absteigenden Plasmas dunkler., Ein typisches Granulat hat einen Durchmesser in der Größenordnung von 1.000 Kilometern und dauert jeweils 8 bis 20 Minuten, bevor es sich auflöst. Unterhalb der Photosphäre befindet sich eine Schicht von viel größeren „Supergranulaten“ mit einem Durchmesser von bis zu 30.000 Kilometern und einer Lebensdauer von bis zu 24 Stunden.

CookingEdit

Ein Konvektionsofen ist ein Ofen, der Ventilatoren hat, um Luft um Lebensmittel zu zirkulieren, wobei der Konvektionsmechanismus verwendet wird, um Lebensmittel schneller als ein herkömmlicher Ofen zu kochen., Konvektionsöfen verteilen die Wärme gleichmäßig um das Lebensmittel, Entfernen die kühlere Luftdecke, die das Essen umgibt, wenn es zum ersten Mal in einen Ofen gestellt wird, und lassen es in kürzerer Zeit und bei einer niedrigeren Temperatur gleichmäßiger kochen als in einem herkömmlichen Ofen. Ein Konvektionsofen hat einen Ventilator mit einem Heizelement um ihn herum. Ein kleiner Ventilator zirkuliert die Luft in der Kochkammer.