Wat is Vrije convectie?

Vrije convectie, ook bekend als natuurlijke convectie, is een verschijnsel dat optreedt wanneer een vloeistof of gas beweegt als gevolg van dichtheid veranderingen die optreden binnen, in plaats van als reactie op een externe beweging, zoals een ventilator of turbine. Natuurlijke convectie kan worden gezien, verrassend, in de natuur, wanneer deze een rol bij een aantal verschillende natuurlijke processen speelt, en kan ook worden gezien in de mens gecontroleerde instellingen, van de keuken naar de chemie lab. Dit verschilt van geforceerde convectie, waarbij beweging door de beweging van een inrichting gedwongen zoals een ventilator, gezien in een convectieoven.

Natuurlijke convectie optreedt wanneer vloeistoffen instabiel. Een gebied wordt warmer dan de rest, verliest dichtheid en het begint te stijgen, waardoor een kleine stroom. Zoals stijgt, wordt de warmte aan de omringende koelere vloeistof. Stromingen en draaikolken verschijnen. In een eenvoudig voorbeeld van natuurlijke convectie, wanneer men druppels warm water geverfd met voedselkleurstof in een glazen kom ongeverfde koud water, is het mogelijk om de beweging van het gekleurde water traceren tot het mengsel stabiliseert en de beweging stopt.

Newton's wet van Cooling speelt een cruciale rol in de vrije convectie. Volgens Newton, kan de mate van verandering qua temperatuur binnen een fluïdum worden gezien als evenredig met het verschil tussen de vloeistof en de omgeving. Dit beïnvloedt convectie, omdat het veranderen van temperatuur veroorzaakt instabiliteit, wat leidt tot convectie. Zo worden weersystemen sterk beïnvloed door de beweging van warme en koude lucht, die worden beïnvloed door zonnestraling, contact met koud water, enzovoort.

De circulatie van de oceanen van de wereld is een direct gevolg van convectie. Als water beweegt in de richting van de polen, het afkoelt en verdicht, zinken naar de bodem. Ondertussen is het water in de richting van de evenaar opwarmt en wordt lichter, stijgt naar de oppervlakte. Dit creëert een reeks complexe stromen gedurende de oceaan die continue circulatie genereren, waardoor het water in de oceaan in constante beweging.

Convectie theorie verklaart ook andere natuurlijke processen, zoals de beweging van vloeistoffen onder de aardkorst. De verschuiving van vloeistoffen onder onze voeten speelt een rol in een aantal natuurlijke processen van deze vloeistoffen continu bewegen als gevolg van temperatuurveranderingen in de aarde. Convectiestromen kunnen ook kruisen met elkaar, zoals te zien in de interactie tussen de oceaan en weersystemen over en in de buurt van de oceaan die worden beïnvloed door de temperatuur veranderingen veroorzaakt door de beweging van de zeestromingen.

  • Circulatie van de oceanen is een gevolg van convectie.
  • Vrije convectie vertrouwt op Newton's wet van Koelen.