Яким чином тепло поширюється в рідинах?

Нагрівання будь-якого середовища, наприклад, води або повітря, змушує її розширюватися і ставати легше. І навпаки, охолодження – змушує її стискатися і ставати важче. Комбінація цих різноспрямованих фізичних впливів формує явище, званому конвекцією і представляє собою один з процесів передачі теплоти у великих обсягах рідин і газів.

Коли посудину з водою розташований над працюючої пальником, вода над полум’ям поглинає енергію. Ця енергія примушує молекули води відсуватися один від одного, в результаті чого вона стає менш щільною. Нагріта вода піднімається вгору; на малюнку сіра фарба на дні посудини робить це рух видимим. У той же самий час більш холодна і щільна вода опускається вниз, щоб зайняти місце піднялася вгору теплої води. Коли тепла вода піднімається, вона віддає частину своєї енергії навколишнього воді і трохи охолоджується. Тим часом тепліша вода продовжує підніматися, відсуваючи в сторони шари остигнула води. Конвекція припиниться тільки тоді, коли полум’я згасне і вся вода прийме однакову температуру.

Конвекція при підведенні теплоти

Нагрівання дна пробірки збільшує температуру нижніх шарів води. У результаті тепла вода піднімається вгору, а більш важка холодна вода опускається вниз і також нагрівається. З часом вся вода стає гарячою. Нагрівання верхній частині пробірки призводить до підвищення температури тільки верхніх шарів води, так як більш легка гаряча вода залишається над холодною.

Конвективний рух води

Піднімаючись з дна стоїть на вогні посудини, нагріта вода поступово втрачає теплоту. Опинившись на поверхні, ця вода розходиться в сторони під дією поднимающегося стовпа більш теплої води. Охолоджуючись, вода стає більш щільною і опускається вниз.

Конвекція в газовому середовищі

Цівки диму дозволяють простежити формування конвективних струмів в повітрі кімнати (малюнки вгорі). Процес починається з підйому вгору теплого повітря (лівий малюнок). Досягнувши стелі (середній малюнок), цей розходиться в сторони під дією піднімаються більш теплих повітряних струменів, після чого, втративши теплоту, опускається вниз до підлоги і під дією спускаються зверху струменів охолодженого повітря (малюнок праворуч) знову переміщається до джерела теплоти, нагрівається і піднімається вгору.

Нагрівання та охолодження повітря в кімнаті

Повітряний кондиціонер охолоджує кімнату найбільш ефективно при розміщенні біля стелі (верхній малюнок під текстом), так як охолоджене повітря (на малюнку синій) опускається вниз і потім поширюється по кімнаті в результаті конвекції. І навпаки, повітронагрівач працює найкраще, коли розміщений у підлоги (нижній малюнок). Тепле повітря (на малюнку помаранчевий) піднімається вгору і потім циркулює по кімнаті.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Яким чином тепло поширюється в рідинах?