Biztosan hallott már róla konvekciós áramok amikor a másikról beszéltünk a Föld rétegei. Amikor a Földön belüli konvekciós áramokról beszélünk, akkor a Föld köpenyét alkotó anyagok sűrűségbeli különbségeiről beszélünk. Vannak konvekciós áramok is, például folyadékok, amelyek a hőmérséklet-különbségek miatt mozognak. Ebben a cikkben mindent el fogunk mondani erről.
Mik azok a konvekciós áramok
Amikor olyan folyadékokat találunk, amelyek mozognak és mozognak, mert van különbség a hőmérsékletben vagy a sűrűségben konvekciós áramunk van. Az ilyen típusú áram létezéséhez folyadéknak kell lennie, legyen az folyékony vagy gáz. Ennek az az oka, hogy a szilárd testben lévő részecskék rögzítettek és nem mozognak, ezért a hőmérséklet és a sűrűség különbségei miatt nem lehet áramlást látni. Továbbá ez a jelenség fontos a tanulmányozásában konvekció földi.
Az ugyanazon az anyagon belüli egyik vagy másik terület hőmérséklete közötti különbség az, ami miatt az energia nagyobb területről egy kisebbre kerül. A konvekció addig zajlik, amíg teljes egyensúly nem áll fenn. Amikor ez a folyamat a hőátadás miatt következik be, olyan anyagáramok képződnek, amelyek egyik helyről a másikra mozognak. Ezért tömegátadási folyamatnak is tekintik.
Konvekciós áramok természetesen szabad konvekciónak is nevezik őket. Ha például ez a konvekció egy készülék belsejében történik, például ventilátorban vagy szivattyúban, akkor ezt kényszerített konvekciónak nevezzük.
Miért alakulnak ki a konvekciós áramok?
Ez a fajta jelenség egy olyan hőmérséklet-különbség miatt következik be, amely a részecskék áramát létrehozva mozog. Ez az áram akkor is előfordulhat, ha különbség van a sűrűségben. Normális esetben az áramlás abba az irányba megy, ahol magasabb a hőmérséklet vagy a sűrűség, oda, ahol kevesebb a hőmérséklet és a sűrűség. Ezek a konvekciós áramok a levegőben is végbemennek. A légköri nyomásáramok olyan irányba fújnak, ahol nagyobb a sűrűség, oda, ahol kevesebb. Viharok esetén az alacsony nyomású zóna lesz a szélirány célpontja, amint az látható gomolyfelhők súlyos időjárási események idején.
Ez teszi az alacsony nyomású zónát olyan helyre, ahol eső, sőt vihar van. Amikor egy áram átadja a hőt a nagy energiájú zónából az alacsony energiájú zónába, ez a konvekció bekövetkezik. Gázokban, plazma homokban és központi hőmérsékleten ez magasabb és alacsonyabb sűrűségű régiókhoz is vezet, ahol az atomok és molekulák elmozdulnak, hogy kitöltsék az üresebb területeket. Összefoglalva elmondható, hogy a forró folyadékok emelkednek, miközben a hideg folyadékok folyamatosan süllyednek.
Ez természetesen akkor történik meg, ha nincs olyan energiaforrás, mint például napfény vagy hőforrás, amely megváltoztatja ezen áramok irányát. A konvekciós áramok addig zajlanak, amíg a hőmérséklet és a sűrűség nem egyenletes. Az, hogy a hőmérséklet és a sűrűség teljesen egyenletes volt a Föld rétegeiben, bonyolultabb. Ez azért van, mert a kontinentális kéreg folyamatosan keletkezik és pusztul, ezért a hatodik folyamatosan különböző hőmérsékletű és sűrűségű anyagokat tartalmaz a földköpenybe. Nem beszélve a belső mag hőmérsékletéről.
Bolygónk belső magjában lévő anyagok szilárdak a középpontban fennálló erős nyomás miatt. A külső magnak viszont folyékony anyagai vannak, mert bár a hőmérséklet nagyon magas, nincs ilyen erős nyomás.
Ennek az anyagnak a folyamatos bevezetése miatt, és a hőmérséklet és a sűrűség közötti különbség olyan magas, a köpeny úgynevezett konvekciós áramai vannak, és ezek okozzák a Tektonikus lemezek és olyan jelenségek, mint a vulkanizmus.
Néhány példa
Ahhoz, hogy néhány példát adjunk, amelyek mindezt sokkal világosabbá teszik, a következőket írjuk le: sok tudós elemzi a folyadékra ható erőket, hogy kategorizálja azokat, és megértse a konvekciót. Ezek az erők magukban foglalhatják a gravitációt, a felületi feszültséget, az elektromágneses mezőket, a rezgéseket, a koncentrációkülönbségeket és a molekulák közötti kötések kialakulását. Ezeket a konvekciós áramokat különböző módszerekkel lehet modellezni és leírni skaláris transzport egyenletek.
A konvekciós áramra példa lehet az, ha vizet forralunk egy edényben. Amint néhány borsó vagy egy darab papír kerül az áramlás nyomon követésére, láthatja, hogy a lyuk belső részében lévő hőforrás hogyan melegíti fel a vizet, és energiát ad neki, így a molekulák gyorsabban mozognak. Ha az anyagot alacsony hőmérsékleten viszik be, az a víz sűrűségére is hatással van. Amint a víz a felszín felé halad, marad némi energia, amely gőz formájában távozik. A bepárlás elegendő mértékben lehűti a felületet ahhoz, hogy egyes molekulák visszaereszkedjenek az edény aljára.
A forró levegő konvekciós áramának másik példája az, amely egy házban fordul elő amikor a ház tetején vagy tetőterén keresztül emelkedik a levegő. Ennek az az oka, hogy a meleg levegő kevésbé sűrű, mint a hideg, ezért hajlamos felemelkedni. Ahogy korábban említettük, a széllel is láthatjuk. A napfény és a sugárzás felmelegíti a légkör levegőjét hőmérséklet-különbség megállapítása, amely a levegő mozgását okozza. Minél meredekebb a hőmérséklet-különbség az egyik terület és a másik között, annál nagyobb a szélrendszer. Ugyanis több levegő mozog a magasabb nyomású zónából az alacsonyabb nyomású zónába.
