konwekcja
Konwekcja, unoszenie — to zjawisko zachodzące głównie w gazach i cieczach (np. w powietrzu, w wodzie, ale też w szeregu innych substancji, chociażby w piasku czy w magmie), pozwalające na przenoszenie się i oddawanie energii cieplnej. Ruch i przekazywanie ciepła możliwe są dzięki różnicy temperatur, jaka kształtuje się między warstwami danej materii oraz dzięki zjawisku grawitacji. Konwekcja nie musi prowadzić do oddawania ciepła. Często można mówić jedynie o prądach konwekcyjnych, czyli samym ruchu warstw materii, który wszak nie skutkuje przekazaniem energii. Należy przy tym pamiętać, że warunkiem zaistnienia konwekcji jest powstanie prądu konwekcyjnego.
Prąd konwekcyjny w warunkach naturalnych powstaje jako efekt różnicy gęstości, jaka tworzy się między warstwami materii o innych temperaturach. Mówimy wtedy o uwarstwionym przepływie materii. Cieplejsza warstwa jest zawsze lżejsza, co pozwala na jej wędrówkę ku górze. Występuje tu również prawo Archimedesa, z którego wynika, że siła wyporu jest tym większa, im cięższy jest płyn. Konwekcja przebiega także w wyniku burzliwego lub przejściowego przepływu materii. Może być zarówno swobodna (naturalna), jak i wymuszona czynnikami zewnętrznymi.
Konwekcja jest jednym z trzech rodzajów procesów wymiany ciepła. Poza nią wyróżniamy promieniowanie termiczne elektromagnetyczne oraz przewodnictwo cieplne, czyli proces wymiany ciepła między ciałami pozostającymi ze sobą w bezpośredniej styczności. Konwekcja jest zjawiskiem makroskopowym, który w określonych warunkach można obserwować gołym okiem.
Dwa najprostsze przykłady, opisujące zjawisko konwekcji, dotyczą sytuacji codziennych. Następuje ono np. podczas ogrzewania pomieszczeń zimą przez grzejniki i kaloryfery, przy czym w procesie tym występuje zarówno konwekcja, jak i przewodnictwo cieplne. Kaloryfer, choć umieszczony jest w jednym, stałym miejscu (najczęściej pod oknem), ogrzewa powietrze w całym pomieszczeniu. Najpierw oddaje ciepło warstwom powietrza zalegającym najbliżej, które następnie na skutek zmniejszenia gęstości, unoszą się do góry, pod sufit. Robią wtedy miejsce kolejnym, nieogrzanym warstwom powietrza, które po ogrzaniu także odpływają pod sufit. Taka cyrkulacja powietrza, umożliwiona przez różnice gęstości, pozwala na rozprowadzenie ciepła po całym wnętrzu.
Innym przykładem konwekcji jest ogrzewanie cieczy w naczyniu. Dokonujemy tego zawsze od dołu, ogrzewając dno naczynia. Dzięki temu ogrzane warstwy cieczy przesuwają się w górę, ustępując miejsca chłodnym. Dostrzegalnym efektem konwekcji jest tutaj powstawanie subtelnej mgiełki, unoszącej się i poruszającej nad powierzchnią wody w naczyniu. Omawiane zjawisko możemy zauważyć także po dolaniu odrobiny chłodnego mleka do gorącej kawy. Dopóki nie zmieszamy dokładnie obydwu warstw, kawa będzie utrzymywała się u góry, jako cieplejsza, czyli lżejsza warstwa cieczy.
Konwekcja i prądy konwekcyjne są odpowiedzią na wiele frapujących zjawisk, którym często przyglądamy się w różnych okolicznościach przyrody. Obserwując wibrującą warstwę powietrza nad rozgrzanym asfaltem, jesteśmy świadkami konwekcji, tak samo, gdy dostrzegamy gorące gazy ulatujące nad płomień ogniska czy zapalniczki lub świecy. Przykładem prądów konwekcyjnych bywają prądy morskie, a także prądy powietrza w atmosferze ziemskiej, które tworzą niektóre rodzaje chmur kłębiasto-deszczowych. Poprzez te procesy, konwekcja pozostaje zjawiskiem o znacznym wpływie na kształtowanie się klimatu.
Prądy konwekcyjne występują poza tym w płaszczu Ziemi, w astenosferze. Jest to wyjątkowy rodzaj konwekcji, gdyż zachodzi ona w materii półplastycznej, skalno-magmowej. W związku z tym, ruchy konwekcyjne przebiegają tutaj z bardzo niewielką prędkością, co daje efekt przesunięcia raptem o kilka centymetrów rocznie. Są one jednak ważnym mechanizmem napędowym ruchów tektonicznych w skorupie ziemskiej.
Niestety zdanie „Cieplejsza warstwa jest zawsze lżejsza, co pozwala na jej wędrówkę ku górze” jest nieprawdziwe. Gdyby zostało dodane słowo „prawie” byłoby OK. Otóż woda ma taką ciekawą właściwość, że w temperaturze ok 4 stopni Celsjusza ma największą gęstość , a która z dalszym jej obniżaniem (temperatury) maleje i dzięki temu chłodniejsza woda się unosi do góry i tworzy się na powierzchni izolacyjna warstwa lodu chroniąca przed dalszym wychładzaniem.