Trasferimento di calore convezione (con esempi)

IL Trasferimento di calore per convezione Si verifica attraverso il movimento di un fluido, che può essere gas o liquido. Quando la densità diminuisce all'aumentare della temperatura, le masse fluide più calde aumentano, mentre scendono le porzioni più fredde. In questo modo c'è un movimento di massa fluido, attraverso il quale il calore viene trasportato da un posto all'altro.

Questa è la caratteristica che distingue la convezione della guida e delle radiazioni, perché nella convezione c'è sempre uno spostamento di massa netto. D'altra parte, le radiazioni non hanno bisogno di un mezzo materiale da diffondere e in termini di trasmissione di guida, è dovuto alle successive collisioni tra atomi e molecole, senza il movimento netto della materia.

Tuttavia, a livello dell'atmosfera e degli oceani, è facile che si verifichino spostamenti di grandi masse d'aria e acqua. Ecco perché la convezione è il meccanismo di trasferimento di energia preponderante in questi media ed è quello che determina in gran parte il clima della terra.

In una cucina di casa puoi vedere da vicino i meccanismi di trasferimento del calore. Basta mettere l'acqua da riscaldare in una casseruola. La porzione fluida più vicina alla fiamma dell'Hornilla viene riscaldata, la sua densità diminuisce e aumenta. Il suo posto è occupato da acqua più fredda, che scende sul fondo la pentola.

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Tipi di convezione

Quando una porzione di fluido viene riscaldata, le sue molecole si muovono più velocemente e si allontanano l'una dall'altra. Per questo motivo il fluido a una temperatura più elevata diventa meno denso ed è in grado di salire dalla flottazione, portando il calore con esso.

Quindi una massa fluida più fredda occupa il luogo lasciato da queste molecole ascendenti e questo scambio continuo genera le chiamate correnti di convezione.

Questo può essere ottenuto in due modi: per convezione naturale (libera) o per convezione forzata. Allo stesso modo, entrambe le forme di convezione sono presenti nei sistemi di riscaldamento centrali o nelle centrali solari.

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Successivamente, ognuno è composto da:

Convezione naturale e forzata

In questo meccanismo, il calore scorre solo grazie al fatto che la differenza di temperatura nel fluido in questione. Senza gravità non c'è convezione naturale.

C'è un semplice esperimento in laboratorio che consente di visualizzare queste correnti di convezione naturale quando si formano in acqua.

È richiesto un tubo di vetro piegato in forma quadrata o rettangolare e un colorante che rende visibili le correnti ascendenti. Questo è di solito permanganato di potassio, che tinge l'acqua viola o gocce di una sorta di inchiostro.

Ora uno degli angoli più bassi del tubo e la densità della porzione d'acqua che è solo sulla fiamma diminuisce e aumenta, essendo sostituita da una porzione di acqua più fredda.

Semplice esperimento per illustrare come si formano le correnti di convezione in acqua. Fonte: f. Zapata.

Questo processo di scambio continuo tra acqua fredda e calda genera una corrente di convezione contrariamente all'orologio, che si osserva grazie alla colorante viola, come mostrato nella figura superiore.

Il fluido da circolare può anche essere costretto a trasmettere il calore, invece di lasciare che le correnti di convezione si verifichino naturalmente a causa della differenza di densità.

Quando si verifica la convezione grazie a mezzi esterni che guidare il fluido, come una ventola o una pompa, è forzata convezione. Il fluido può essere costretto a fluire attraverso un tubo, come nei sistemi di riscaldamento centrali delle case, il radiatore di un'auto o in uno spazio più aperto, grazie a un ventilatore ASPAS.

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Esempi di trasferimento di calore convezione

Sistemi di riscaldamento centrali

Il sistema di riscaldamento centrale in una casa utilizza il trasferimento di calore per convezione in acqua.

Per questo devi far circolare l'acqua calda attraverso i tubi sotto il pavimento, da una caldaia centrale. In questo modo l'acqua trasferisce il calore ai radiatori o al riscaldamento e di questi il ​​calore passa alle stanze, mentre l'acqua fredda torna di nuovo alla caldaia di riscaldamento per ripetere il ciclo.

Come si può vedere, sia la convezione naturale che quella forzata sono presenti nel meccanismo di riscaldamento centrale.

Radiatori, stufe e camini

Fonti di calore come i radiatori riscaldano l'aria che li circonda e si alza, mentre l'aria dalla parte superiore scende, generando correnti d'aria convettive nella stanza calda.

Cuocere: bollire e friggere

Quando l'acqua contenuta in questa pentola viene riscaldata, il trasferimento di calore per convezione predomina

Ogni volta che il cibo viene bollito in acqua o immerso nell'olio di frittura, vengono cotti per calore per convezione.

Nel latte di pastorizzazione e altri alimenti liquidi vengono riscaldati ad alte temperature per determinati periodi di tempo, secondo la variante di pastorizzazione utilizzata. Questo viene fatto per eliminare i batteri e aumentare la durata del prodotto.

La convezione è il principale meccanismo di trasferimento del calore in questi casi, sebbene altri meccanismi, come la guida, non siano esclusi.

I venti

Le correnti di convezione nell'atmosfera causano venti. Queste correnti sono formate a causa di molti fattori, incluso il fatto che la superficie della terra sia riscaldata in modo ineguale.

Ad esempio, durante il giorno la spiaggia si riscalda più dell'acqua di mare, quindi la flottazione fa l'aria in cima alla spiaggia e l'aria più fredda, arrivando dal mare, occupa il suo posto.

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Ma di notte il processo si verifica al contrario, poiché la spiaggia perde il calore più velocemente dell'acqua più calda e dell'aria va al mare. Ecco perché in un night club sulla spiaggia, il fumo si muove verso il mare, mentre se il fuoco è fatto durante il giorno, il fumo si muove verso il terreno.

Il campo magnetico della Terra

La terra è composta da strati e il nucleo ha uno strato esterno, ad alta temperatura, che non viene solidificata. Il movimento del pianeta crea correnti di convezione in questo fluido, che si ritiene sia responsabile del campo magnetico terrestre.

I campi magnetici sono dovuti alla presenza di carichi elettrici in movimento. Gli ioni e le particelle caricate presenti nel nucleo esterno sono in grado di generare questo campo, poiché i movimenti planetari fanno sì che tali particelle abbiano un comportamento simile a quello delle piccole curve (circuiti chiusi) di corrente.

Gli scienziati hanno trovato una correlazione tra l'intensità del campo magnetico e la velocità di rotazione del pianeta. Si ritiene che il debole campo magnetico di Venere sia dovuto al fatto che la sua velocità di rotazione è inferiore a quella di Giove, il cui campo magnetico è molto più intenso.

Riferimenti

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