Pravděpodobně jste slyšeli o konvekčních proudech, když jsme diskutovali o různých vrstvách Země . Když mluvíme o konvekčních proudech v nitru Země, máme na mysli rozdíly v hustotě materiálů, které tvoří zemský plášť. Existují také konvekční proudy způsobené pohybem tekutin v důsledku teplotních rozdílů. V tomto článku vám o tom všem povíme.
Co jsou konvekční proudy
Když se setkáme s tekutinami, které jsou posunuty a pohybují se v důsledku rozdílu teploty nebo hustoty, máme konvekční proudy . Aby tento typ proudu existoval, musí existovat tekutina, buď kapalina, nebo plyn. Je to proto, že částice uvnitř pevné látky jsou pevné a nepohybují se; proto nelze pozorovat proudění v důsledku rozdílů teploty nebo hustoty. Tento jev je navíc důležitý při studiu pozemské konvekce .
Rozdíl mezi teplotami jedné nebo druhé oblasti ve stejném materiálu je to, co způsobuje přenos energie z větší oblasti do menší. Konvekce probíhá, dokud není úplná rovnováha. Když k tomuto procesu dojde v důsledku přenosu tepla, vytvoří se proudy hmoty, které se pohybují z jednoho místa na druhé. Proto je také považován za proces hromadného přenosu.
Přirozeně se vyskytující konvekční proudy se také nazývají volná konvekce . Pokud k této konvekci dochází například uvnitř zařízení, jako je ventilátor nebo čerpadlo, nazývá se to nucená konvekce.
Proč se tvoří konvekční proudy
K tomuto typu jevu dochází v důsledku teplotního rozdílu, který způsobuje pohyb částic a vytváří proud. Tento proud může také nastat, když je rozdíl v hustotě. Normálně se proudění pohybuje z oblasti s vyšší teplotou nebo hustotou do oblasti s nižší teplotou a hustotou. Tyto konvekční proudy se vyskytují i ve vzduchu . Proudy atmosférického tlaku vanou z oblastí s vyšší hustotou do oblastí s nižší hustotou. V případě bouří bude cílem směru větru oblast s nízkým tlakem, jak je pozorováno u kumulonimbových oblaků během silných povětrnostních jevů.
Díky tomu je nízkotlaká zóna místem, kde jsou deště nebo dokonce bouře. Když proud přenáší teplo ze zóny s vysokou energií do zóny s nízkou energií, dochází k této konvekci. V plynech a v plazmovém písku a centrální teplotě to také vede do oblastí s vyšší a nižší hustotou, kde se atomy a molekuly pohybují, aby zaplnily prázdnější oblasti. Souhrnně lze říci, že horké tekutiny stoupají, zatímco studené neustále klesají.
K tomu dochází přirozeně, pokud neexistuje zdroj energie, jako je sluneční světlo nebo zdroj tepla, který by změnil směr těchto proudů. Konvekční proudy pokračují, dokud se teploty a hustoty nestanou jednotnými. Dosažení zcela jednotných teplot a hustot v zemských vrstvách je složitější. Je to proto, že kontinentální kůra se neustále vytváří a ničí, a proto do zemského pláště neustále vnáší materiály s různými teplotami a hustotami. Nemluvě o teplotách uvnitř vnitřního jádra.
Materiály ve vnitřním jádru naší planety jsou pevné díky silnému tlaku, který existuje ve středu. Vnější jádro má naopak tekuté materiály, protože i když jsou teploty velmi vysoké, není zde tak silný tlak.
Kvůli tomuto neustálému zavádění materiálů a tak vysokému rozdílu v teplotě a hustotě existují tzv. konvekční proudy pláště, které jsou příčinou pohybu deskové tektonické dráhy a jevů, jako je vulkanismus.
Několik příkladů
Pro lepší ilustraci si uveďme následující: mnoho vědců analyzuje síly působící na tekutinu, aby kategorizovali a pochopili konvekci. Mezi tyto síly může patřit gravitace, povrchové napětí, elektromagnetická pole, vibrace, rozdíly v koncentraci a tvorba vazeb mezi molekulami. Tyto konvekční proudy lze modelovat a popsat pomocí různých skalárních transportních rovnic.
Příkladem konvekce je proudění, které vzniká ve vroucí vodě uvnitř hrnce. Přidáním několika hrášků nebo kusu papíru k pozorování proudění odhalíme, jak zdroj tepla uvnitř hrnce ohřívá vodu, dodává jí energii a způsobuje, že se molekuly pohybují rychleji. Zavedení chladnějšího materiálu také ovlivňuje hustotu vody. Jak voda stoupá k hladině, část její energie uniká ve formě páry. Toto odpařování ochladí hladinu natolik, že některé molekuly klesnou zpět na dno hrnce.
Dalším příkladem konvekčního proudění teplého vzduchu je proud, ke kterému dochází v domě, když vzduch stoupá stropem nebo podkrovím. Je to proto, že teplý vzduch má menší hustotu než studený vzduch, takže má tendenci stoupat. Jak již bylo zmíněno, můžeme to pozorovat i u větru. Sluneční světlo a záření ohřívají vzduch v atmosféře a vytvářejí teplotní rozdíl, který způsobuje pohyb vzduchu. Čím větší je teplotní rozdíl mezi jednotlivými oblastmi, tím silnější bude vítr. Je to proto, že více vzduchu se bude pohybovat z oblasti s vyšším tlakem do oblasti s nižším tlakem.
