Вероятно сте чували за конвекционни течения, когато обсъждахме различните слоеве на Земята . Когато говорим за конвекционни течения във вътрешността на Земята, имаме предвид разликите в плътността на материалите, които изграждат земната мантия. Съществуват и конвекционни течения, причинени от движението на флуиди поради температурни разлики. В тази статия ще ви разкажем всичко за това.
Какво представляват конвекционните токове
Когато се сблъскваме с флуиди, които са изместени и се движат поради разлика в температурата или плътността, имаме конвекционни течения . За да съществува този тип течение, трябва да има флуид, течност или газ. Това е така, защото частиците в твърдото тяло са неподвижни и не се движат; следователно, не може да се наблюдава поток, дължащ се на разлики в температурата или плътността. Освен това, това явление е важно при изучаването на земната конвекция .
Разликата между температурите на една или друга област в рамките на един и същ материал е това, което причинява енергиен трансфер от по-голяма площ към по-малка. Конвекцията се извършва, докато настъпи пълно равновесие. Когато този процес се случи поради пренос на топлина, се образуват материални течения, които се преместват от едно място на друго. Следователно това също се счита за процес на масово прехвърляне.
Естествено възникващите конвекционни течения се наричат още свободна конвекция . Ако например тази конвекция се осъществява вътре в устройство като вентилатор или помпа, тя се нарича принудителна конвекция.
Защо се образуват конвекционни токове
Този тип явление възниква поради температурна разлика, която кара частиците да се движат, създавайки ток. Този ток може да възникне и когато има разлика в плътността. Обикновено потокът се движи от област с по-висока температура или плътност към област с по-ниска температура и плътност. Тези конвекционни течения се срещат и във въздуха . Потоците на атмосферно налягане духат от области с по-висока плътност към области с по-ниска плътност. В случай на бури, област с ниско налягане ще бъде целта на посоката на вятъра, както се наблюдава при купесто-дъждовните облаци по време на тежки метеорологични явления.
Именно това прави зоната с ниско налягане място, където има валежи и дори бури. Когато токът прехвърля топлина от зоната с висока енергия към зоната с ниска енергия, тази конвекция настъпва. В газовете и в плазмения пясък и централната температура, което също води до области с по-висока и по-ниска плътност, където атомите и молекулите се движат, за да запълнят областите, които са по-празни. Обобщено може да се каже, че горещите течности се покачват, докато студените непрекъснато потъват.
Това ще се случи естествено, освен ако няма източник на енергия, като слънчева светлина или източник на топлина, който да променя посоката на тези течения. Конвекционните течения продължават, докато температурите и плътностите не станат еднакви. Постигането на напълно еднакви температури и плътности във всички земни слоеве е по-сложно. Това е така, защото континенталната кора непрекъснато се създава и разрушава, като по този начин непрекъснато включва материали с различна температура и плътност в земната мантия. Да не говорим за температурите във вътрешното ядро.
Материалите във вътрешното ядро на нашата планета са твърди поради силния натиск, който съществува в центъра. Външното ядро, от друга страна, има течни материали, тъй като, въпреки че температурите са много високи, няма такова мощно налягане.
Поради това непрекъснато въвеждане на материали и такава голяма разлика в температурата и плътността, съществуват така наречените мантийни конвекционни течения, които са причина за движението на тектоничните плочи и явления като вулканизма.
Някои примери
За да илюстрираме това по-ясно, нека разгледаме следното: много учени анализират силите, действащи върху флуид, за да категоризират и разберат конвекцията. Тези сили могат да включват гравитация, повърхностно напрежение, електромагнитни полета, вибрации, разлики в концентрацията и образуването на връзки между молекулите. Тези конвекционни токове могат да бъдат моделирани и описани с помощта на различни скаларни транспортни уравнения.
Пример за конвекция е течението, което възниква във вряща вода в тенджера. Добавянето на няколко грахчета или лист хартия, за да се наблюдава потокът, разкрива как източникът на топлина вътре в тенджерата затопля водата, давайки ѝ енергия и карайки молекулите да се движат по-бързо. Въвеждането на по-хладен материал също влияе върху плътността на водата. Когато водата се издигне на повърхността, част от енергията ѝ се отделя като пара. Това изпарение охлажда повърхността достатъчно, за да могат някои молекули да потънат обратно на дъното на тенджерата.
Друг пример за конвекционен поток на топъл въздух е този, който възниква в къща, когато въздухът се издига през тавана или тавана. Това е така, защото топлият въздух е по-малко плътен от студения въздух, така че е склонен да се издига. Както бе споменато по-рано, можем да видим това и при вятъра. Слънчевата светлина и радиацията нагряват въздуха в атмосферата, създавайки температурна разлика, която кара въздуха да се движи. Колкото по-голяма е температурната разлика между една зона и друга, толкова по-силен ще бъде вятърът. Това е така, защото повече въздух ще се движи от зоната с по-високо налягане към зоната с по-ниско налягане.
