Эгер колуңузду күйгүзүлгөн электр лампасына жакындатсаңыз же алаканыңызды ысык мештин үстүнө койсоңуз, жылуу аба агымынын кыймылын сезе аласыз. Ушундай эле эффектти бир баракты ачык жалындын үстүндө термелгенде да байкоого болот. Эки эффект тең конвекция менен түшүндүрүлөт.
Бул эмне?
Конвекция кубулушу ысык массалар менен тийген муздак заттын кеңейүүсүнө негизделген. Мындай шарттарда ысытылган зат тыгыздыгын жоготот жана аны курчап турган муздак мейкиндикке салыштырмалуу жеңилирээк болуп калат. Эң туурасы, кубулуштун бул мүнөздөмөсү суу ысытылганда жылуулук агымынын кыймылына туура келет.
Молекулалардын ысытуунун таасири астында карама-каршы багытта кыймылы конвекция дал ушул нерсеге негизделген. Радиация жана жылуулук өткөрүмдүүлүк окшош процесстер, бирок алар биринчи кезекте катуу заттардагы жылуулук энергиясын өткөрүүгө тиешелүү.
Конвекциянын ачык мисалдары - жылытуу менен бөлмөнүн ортосунда жылуу абанын кыймылыприборлор, ысытылган агымдар шыптын астына жылып, муздак аба полдун бетине түшөт. Ошондуктан, жылытуу күйгүзүлгөндө, бөлмөнүн үстүнкү аба бөлмөнүн түбүнө салыштырмалуу байкаларлык жылуураак болот.
Архимед мыйзамы жана физикалык денелердин жылуулук кеңейиши
Табигый конвекция деген эмне экенин түшүнүү үчүн Архимед мыйзамынын мисалында процессти жана жылуулук нурлануунун таасири астында денелердин кеңейүү кубулушун карап көрүү жетиштүү. Демек, мыйзамга ылайык, температуранын жогорулашы сөзсүз суюктуктун көлөмүн көбөйтүүгө алып келет. Контейнерлерде ылдыйдан ысытылган суюктук жогору көтөрүлөт, ал эми тыгыздыгы жогору ным, тиешелүүлүгүнө жараша, төмөн жылыйт. Жогору жактан ысытууда тыгыз суюктуктар өз ордунда көбүрөөк жана азыраак бойдон кала берет, мындай учурда көрүнүш болбойт.
Түшүнүктүн пайда болушу
«Конвекция» термини биринчи жолу 1834-жылы англис окумуштуусу Уильям Проут тарабынан сунушталган. Ал ысытылган, кыймылдуу суюктуктардагы жылуулук массаларынын кыймылын сүрөттөө үчүн колдонулган.
Конвекция кубулушунун биринчи теориялык изилдөөлөрү 1916-жылы гана башталган. Эксперименттердин жүрүшүндө төмөндөн ысытылган суюктуктарда диффузиядан конвекцияга өтүү температуранын белгилүү бир критикалык маанилерине жеткенде болоору аныкталган. Кийинчерээк, бул маани "Roel саны" катары аныкталган. Аны изилдеген изилдөөчүнүн атынан ушундай аталып калган. Эксперименттердин натыйжалары Архимеддин күчтөрүнүн таасири астында жылуулук агымдарынын кыймылын түшүндүрүүгө мүмкүндүк берди.
Конвекциянын түрлөрү
Биз сүрөттөгөн кубулуштун бир нече түрү бар - табигый жана мажбурланган конвекция. Бөлмөнүн ортосунда ысык жана муздак аба агымдарынын кыймылынын мисалы табигый конвекция процессин мүнөздөөгө эң жакшы ыкма болуп саналат. Ал эми аргасыздан суюктукту кашык, насос же аралаштыргыч менен аралаштырганда байкаса болот.
Катуу заттар ысытылганда конвекция мүмкүн эмес. Бул алардын катуу бөлүкчөлөрүнүн титирөө учурунда абдан күчтүү өз ара тартылуу менен шартталган. Катуу түзүлүштөгү денелердин ысытылышынын натыйжасында конвекция жана нурлануу пайда болбойт. Жылуулук өткөргүчтүк мындай денелердеги бул кубулуштарды алмаштырып, жылуулук энергиясын өткөрүүгө салым кошот.
Капиллярдык конвекция деп аталган өзүнчө бир түрү. Процесс суюктуктун түтүктөр аркылуу кыймылы учурунда температура өзгөргөндө пайда болот. Табигый шарттарда мындай конвекциянын табигый жана аргасыз конвекция менен бирге мааниси өтө эле анча чоң эмес. Бирок, космостук технологияда капиллярдык конвекция, нурлануу жана материалдардын жылуулук өткөрүмдүүлүгү абдан маанилүү факторлор болуп калат. Салмаксыз шарттарда эң начар конвективдүү кыймылдар да кээ бир техникалык тапшырмаларды аткарууну кыйындатат.
Жер кыртышынын катмарларындагы конвекция
Конвекция процесстери жер кыртышынын калыңдыгында газ түрүндөгү заттардын табигый пайда болушу менен ажырагыс байланышта. Глобус бир нече концентрдик катмарлардан турган сфера катары кароого болот. Ортосунда чоң ысык өзөк бар, ал темирди камтыган жогорку тыгыздыктагы суюк масса.никель, ошондой эле башка металлдар.
Жердин өзөгүн курчап турган катмарлар литосфера жана жарым суюк мантия болуп саналат. Жер шарынын үстүнкү катмары түздөн-түз жер кыртышы. Литосфера суюк мантиянын үстүн бойлой жылып, эркин кыймылда турган жеке плиталардан түзүлөт. Составы жана тыгыздыгы боюнча айырмаланган мантиянын жана тоо тектеринин ар кандай бөлүктөрүнүн бир калыпта эмес ысып кетишинин жүрүшүндө конвективдик агымдар пайда болот. Дал ушундай агымдардын таасири астында океандын түбүнүн табигый өзгөрүшү жана континенттердин кыймылы болот.
Конвекция менен жылуулук өткөрүүнүн ортосундагы айырмалар
Жылуулук өткөргүчтүктү атомдук жана молекулярдык бирикмелердин кыймылы аркылуу физикалык денелердин жылуулук өткөрө алуу жөндөмдүүлүгү катары түшүнүү керек. Металлдар жылуулукту эң сонун өткөрүүчү болуп саналат, анткени алардын молекулалары бири-бири менен тыгыз байланышта. Тескерисинче, газ жана учуучу заттар жылуулукту начар өткөргүч катары иштешет.
Конвекция кантип пайда болот? Процесстин физикасы заттардын молекулаларынын массасынын эркин кыймылынын эсебинен жылуулуктун берилишине негизделген. Өз кезегинде жылуулук өткөрүмдүүлүк физикалык дененин бөлүкчөлөрүнүн ортосундагы энергияны өткөрүүдөн гана турат. Бирок эки процесс тең зат бөлүкчөлөрү болмоюнча мүмкүн эмес.
Кубулуштун мисалдары
Конвекциянын эң жөнөкөй жана түшүнүктүү мисалы – бул кадимки муздаткычтын процесси. Циркуляциямуздаткыч камеранын түтүктөрү аркылуу муздатылган фреон газы абанын жогорку катмарларынын температурасынын төмөндөшүнө алып келет. Демек, жылуу суулар менен алмаштырылып, муздак суулар чөгүп, азыктарды муздатат.
Муздаткычтын арткы панелинде жайгашкан тор газды кысуу учурунда агрегаттын компрессорунда пайда болгон жылуу абаны чыгарууга көмөктөшүүчү элементтин ролун аткарат. Тор муздатуу да конвективдик механизмдерге негизделген. Ушул себептен улам, муздаткычтын артындагы мейкиндикти жыйноо сунушталбайт. Анткени, бул учурда гана муздатуу кыйынчылыксыз ишке ашат.
Конвекциянын башка мисалдарын шамалдын кыймылы сыяктуу табигый кубулушту байкоо аркылуу көрүүгө болот. Кургак континенттерде жылып, катаал рельефте муздаган аба агымдары бири-бирин алмаштырып, алардын кыймылына, ошондой эле нымдуулук менен энергиянын жылышына себеп болот.
Канаттуулардын жана планерлердин учуу мүмкүнчүлүгү конвекцияга байланыштуу. Жыштыгы азыраак жана жылуураак аба массалары, жер бетине жакын жерде бир калыпта эмес ысытуу менен, көтөрүлүү процессине көмөктөшүүчү көтөрүлүүчү агымдардын пайда болушуна алып келет. Күч жана энергия коротпостон максималдуу аралыктарды басып өтүү үчүн канаттууларга мындай агындарды табуу жөндөмү керек.
Конвекциянын жакшы мисалдары болуп морлордо жана жанар тоо кратерлеринде түтүн пайда болушу саналат. Түтүндүн жогору карай кыймылы анын айланасына салыштырмалуу жогорку температурасына жана азыраак тыгыздыгына негизделет. Түтүн муздаган сайын атмосферанын төмөнкү катмарларына акырындап жайгашат. Дал ушул себептен уламзыяндуу заттар атмосферага чыгарылуучу енер жай трубалары мумкун болушунча жогору жасалат.
Табигаттагы жана технологиядагы конвекциянын эң кеңири таралган мисалдары
Жаратылышта, күнүмдүк жашоодо жана технологияда байкалган эң жөнөкөй, түшүнүктүү мисалдардын ичинен төмөнкүлөрдү белгилешибиз керек:
- тиричилик жылытуу батареяларын иштетүүдө аба агымы;
- булуттардын пайда болушу жана кыймылы;
- шамалдын, муссондордун жана желдердин кыймыл процесси;
- тектоникалык жер плиталарынын жылышы;
- эркин газдын пайда болушуна алып келген процесстер.
Тамак бышыруу
Заманбап тиричилик приборлорунда, атап айтканда, мештерде конвекция кубулушу барган сайын ишке ашууда. Конвекциялуу газ шкафы бир эле учурда ар кандай температурада өзүнчө деңгээлде ар түрдүү тамактарды даярдоого мүмкүндүк берет. Бул даамдар менен жыттардын аралашуусун толугу менен жок кылат.
Салттуу меш абаны жылытуу үчүн бир оттукка таянат, натыйжада жылуулук бир калыпта эмес бөлүштүрүлөт. Атайын желдеткичтин жардамы менен ысык аба агымдарынын максаттуу кыймылынын натыйжасында конвекциялык мештеги идиштер ширелүү жана жакшы бышырылган болуп чыгат. Мындай түзмөктөр тез ысып, бышыруу убактысын кыскартат.
Албетте жылына бир нече жолу мешке тамак жасаган үй кожойкелери үчүн тиричилик техникасыконвекция функциясын биринчи зарылдык техникасы деп атоого болбойт. Бирок кулинардык экспериментсиз жашай албагандар үчүн мындай аппарат ашканада жөн эле зарыл болуп калат.
Сунушталган материал сизге пайдалуу болду деп ишенебиз. Ийгилик!
