Zagotovo ste že slišali za konvekcijski tokovi ko smo govorili o drugačnem plasti Zemlje. Ko govorimo o konvekcijskih tokovih znotraj Zemlje, govorimo o razlikah v gostoti materialov, ki sestavljajo zemeljski plašč. Obstajajo tudi konvekcijski tokovi, kot so tekočine, ki se premikajo zaradi temperaturnih razlik. V tem članku vam bomo povedali vse o tem.
Kaj so konvekcijski tokovi
Ko najdemo tekočine, ki se premikajo in premikajo, ker obstaja razlika v temperaturi ali gostoti, imamo konvekcijske tokove. Da ta vrsta toka obstaja, mora obstajati tekočina, bodisi tekočina ali plin. To je zato, ker so delci v trdni snovi pritrjeni in se ne premikajo, zato toka ni mogoče videti zaradi razlik v temperaturi in gostoti. Poleg tega je ta pojav pomemben pri preučevanju konvekcija zemljišča.
Razlika med temperaturami enega ali drugega območja istega materiala je tista, ki povzroči prenos energije z večjega na manjše območje. Konvekcija poteka, dokler ne pride do popolnega ravnovesja. Ko pride do tega procesa zaradi prenosa toplote, nastanejo tokovi snovi, ki se premikajo z enega kraja na drugega. Zato se šteje tudi za postopek množičnega prenosa.
Konvekcijski tokovi, ki izvirajo iz naravno jih imenujemo tudi prosta konvekcija. Če na primer ta konvekcija poteka znotraj naprave, kot je ventilator ali črpalka, se imenuje prisilna konvekcija.
Zakaj nastajajo konvekcijski tokovi?
Ta vrsta pojava se zgodi zaradi temperaturne razlike, zaradi katere se delci premikajo in ustvarjajo tok. Ta tok se lahko pojavi tudi, kadar je razlika v gostoti. Običajno gre tok v smeri, kjer je višja temperatura ali gostota, kjer je temperatura in gostota manjša. Ti konvekcijski tokovi potekajo tudi v zraku. Tokovi atmosferskega tlaka pihajo v smeri od mesta, kjer je gostota večja, proti mestu, kjer je gostota manjša. V primeru neviht bo tarča smeri vetra območje nizkega zračnega tlaka, kot je razvidno iz kumulonimbusni oblaki ob hudih vremenskih dogodkih.
To je tisto, zaradi česar je območje nizkega tlaka kraj, kjer so padavine in celo nevihte. Ko tok prenaša toploto iz območja z visoko energijo v območje z nizko energijo, pride do te konvekcije. V plinih in v plazemskem pesku ter osrednji temperaturi, ki vodi tudi v območja z višjo in nižjo gostoto, kjer se atomi in molekule premikajo, da zapolnijo praznejša območja. Povzeto lahko rečemo, da vroče tekočine naraščajo, hladne pa nenehno tonejo.
To se bo zgodilo naravno, razen če obstaja vir energije, na primer sončna svetloba ali vir toplote, ki spremeni smer teh tokov. Konvekcijski tokovi potekajo, dokler se temperature in gostote ne izenačijo. Da so bile temperature in gostote popolnoma enake v plasteh Zemlje, je bolj zapleteno. To je posledica dejstva, da se celinska skorja neprestano ustvarja in uničuje, torej šesta, ki neprekinjeno vključuje materiale z različno temperaturo in gostoto v zemeljski plašč. Da ne omenjam temperatur znotraj notranjega jedra.
Materiali v notranjem jedru našega planeta so trdni zaradi močnega pritiska, ki obstaja v središču. Zunanje jedro pa ima tekoče materiale, ker čeprav so temperature zelo visoke, ni tako močnega tlaka.
Zaradi tega neprekinjenega uvajanja materialov in tako velike razlike v temperaturi in gostoti obstajajo tako imenovani konvekcijski tokovi plašča, ki so vzrok za gibanje Tektonske plošče in pojavi, kot je vulkanizem.
Nekaj primerov
Da bi navedli nekaj primerov, zaradi katerih je vse to veliko bolj jasno, bomo opisali naslednje: mnogi znanstveniki analizirajo sile, ki delujejo na tekočino, da bi jih kategorizirali in razumeli konvekcijo. Te sile lahko vključujejo gravitacijo, površinsko napetost, elektromagnetna polja, vibracije, koncentracijske razlike in tvorbo vezi med molekulami. Te konvekcijske tokove je mogoče modelirati in opisati z uporabo različnih skalarne transportne enačbe.
Primer konvekcijskega toka je lahko tok, ki ga proizvede vrelo vodo v loncu. Takoj, ko dodamo nekaj graha ali kosa papirja za sledenje trenutnemu toku, lahko vidimo, kako vir toplote v notranjem delu luknje segreje vodo in ji daje energijo, zaradi česar se molekule hitreje premikajo. Ko se material vnese pri nizki temperaturi, vpliva tudi na gostoto vode. Ko se voda premika proti površini, pušča nekaj energije, ki uhaja v obliki pare. Izhlapevanje površino ohladi dovolj, da se nekatere molekule spet spustijo na dno posode.
Drug primer konvekcijskega toka vročega zraka je tisti, ki se pojavi v hiši ko se zrak dvigne skozi streho ali podstrešje hiše. To je zato, ker je vroč zrak manj gost kot hladen zrak, zato se nagiba k dvigovanju. Kot smo že omenili, ga lahko vidimo tudi z vetrom. Sončna svetloba in sevanje segrevata zrak v ozračju določanje temperaturne razlike, zaradi katere se zrak premika. Strmejša je temperaturna razlika med enim in drugim območjem, večji je režim vetra. To je zato, ker se bo več zraka premaknilo iz območja z višjim tlakom v območje z nižjim tlakom.
