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.
Rozkład temperatury wywołany konwekcją (czerwień - wyższa temperatura, niebieski - niższa). By The original uploader was Harroschmeling at German Wikipedia (Transferred from de.wikipedia to Commons.) [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons
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.
Ruchy konwekcyjne na przykładzie prostej kuchenki. Dontpanic (Dogcow on de.wikipedia) [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commonsa
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.
fot. pixabay.com
By Lestonnaclleida (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
Bibliografia
- Grażyna Łabno; “Ekologia. Słownik encyklopedyczny”; Wydawnictwo Europa, Warszawa 2006;
- Krzysztof Kożuchowski; “Meteorologia i klimatologia”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019;
- David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker; “Podstawy fizyki”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015;
- Jan Szargut; “Termodynamika”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000;
- promil
