Եթե ձեր ձեռքը մոտեցնեք միացված էլեկտրական լամպին կամ ձեր ափը դրեք տաք վառարանի վրա, կարող եք զգալ տաք օդի հոսանքների շարժումը: Նույն ազդեցությունը կարող է դիտվել, երբ թղթի թերթիկը տատանվում է բաց կրակի վրա: Երկու էֆեկտները բացատրվում են կոնվեկցիայով։
Ինչ է դա?
Կոնվեկցիայի ֆենոմենը հիմնված է տաք զանգվածների հետ շփվելիս ավելի սառը նյութի ընդարձակման վրա։ Նման պայմաններում ջեռուցվող նյութը կորցնում է իր խտությունը և դառնում ավելի թեթև՝ իրեն շրջապատող սառը տարածության համեմատ։ Առավել ճշգրիտ, երևույթի այս հատկանիշը համապատասխանում է ջերմային հոսքերի շարժմանը, երբ ջուրը տաքացվում է:
Մոլեկուլների շարժումը հակառակ ուղղություններով տաքացման ազդեցության տակ հենց այն է, ինչի վրա հիմնված է կոնվեկցիան: Ճառագայթումը և ջերմային հաղորդունակությունը նման գործընթացներ են, բայց դրանք հիմնականում վերաբերում են պինդ մարմիններում ջերմային էներգիայի փոխանցմանը:
Կոնվեկցիայի վառ օրինակներ՝ տաք օդի շարժում տաքացվող սենյակի մեջտեղումկենցաղային տեխնիկա, երբ տաքացվող հոսքերը շարժվում են առաստաղի տակ, և սառը օդը իջնում է հենց հատակի մակերեսը։ Այդ իսկ պատճառով, երբ ջեռուցումը միացված է, սենյակի վերևի օդը նկատելիորեն ավելի տաք է՝ համեմատած սենյակի հատակի հետ։
Արքիմեդի օրենքը և ֆիզիկական մարմինների ջերմային ընդլայնումը
Հասկանալու համար, թե ինչ է բնական կոնվեկցիան, բավական է դիտարկել գործընթացը՝ օգտագործելով Արքիմեդի օրենքի օրինակը և ջերմային ճառագայթման ազդեցության տակ մարմինների ընդարձակման ֆենոմենը։ Այսպիսով, ըստ օրենքի, ջերմաստիճանի բարձրացումն անպայման հանգեցնում է հեղուկի ծավալի ավելացման։ Տարաների մեջ ներքևից տաքացվող հեղուկը բարձրանում է ավելի բարձր, իսկ ավելի բարձր խտության խոնավությունը, համապատասխանաբար, ավելի ցածր է շարժվում։ Վերևից տաքանալու դեպքում իրենց տեղերում կմնան ավելի ու ավելի քիչ խիտ հեղուկներ, որի դեպքում երեւույթը չի առաջանա։
Հայեցակարգի առաջացումը
«Կոնվեկցիա» տերմինն առաջին անգամ առաջարկել է անգլիացի գիտնական Ուիլյամ Պրուտը դեռևս 1834 թվականին։ Այն օգտագործվում էր տաքացվող, շարժվող հեղուկներում ջերմային զանգվածների շարժումը նկարագրելու համար։
Կոնվեկցիոն երեւույթի առաջին տեսական ուսումնասիրությունները սկսվել են միայն 1916թ. Փորձերի ընթացքում պարզվել է, որ ներքևից տաքացվող հեղուկներում դիֆուզիայից անցումը կոնվեկցիային տեղի է ունենում, երբ հասնում են որոշակի կրիտիկական ջերմաստիճանի արժեքներ: Հետագայում այս արժեքը սահմանվեց որպես «Roel number»: Այն այդպես է անվանվել այն հետազոտողի պատվին, ով ուսումնասիրել է այն: Փորձերի արդյունքները թույլ տվեցին բացատրել ջերմային հոսքերի շարժումը Արքիմեդի ուժերի ազդեցության տակ։
Կոնվեկցիայի տեսակները
Մեր նկարագրած երևույթի մի քանի տեսակներ կան՝ բնական և հարկադիր կոնվեկցիա: Սենյակի մեջտեղում տաք և սառը օդի հոսքերի շարժման օրինակը բնական կոնվեկցիայի գործընթացը բնութագրելու լավագույն միջոցն է: Ինչ վերաբերում է հարկադրվածին, ապա դա կարելի է նկատել հեղուկը գդալով, պոմպով կամ հարիչով խառնելիս։
Կոնվեկցիան անհնար է, երբ պինդ մարմինները տաքացվում են: Դա պայմանավորված է նրանց պինդ մասնիկների թրթռման ժամանակ բավականին ուժեղ փոխադարձ ձգողականությամբ։ Կոշտ կառուցվածքի մարմինների տաքացման արդյունքում կոնվեկցիա և ճառագայթում չի առաջանում։ Ջերմահաղորդականությունը փոխարինում է այս երևույթներին նման մարմիններում և նպաստում ջերմային էներգիայի փոխանցմանը։
Առանձին տեսակ է այսպես կոչված մազանոթային կոնվեկցիան։ Գործընթացը տեղի է ունենում, երբ ջերմաստիճանը փոխվում է խողովակների միջոցով հեղուկի շարժման ժամանակ: Բնական պայմաններում նման կոնվեկցիայի նշանակությունը բնական և հարկադիր կոնվեկցիայի հետ մեկտեղ չափազանց աննշան է։ Այնուամենայնիվ, տիեզերական տեխնոլոգիայի մեջ մազանոթային կոնվեկցիան, ճառագայթումը և նյութերի ջերմային հաղորդունակությունը դառնում են շատ կարևոր գործոններ: Նույնիսկ ամենաթույլ կոնվեկտիվ շարժումները անկշռության պայմաններում դժվարացնում են որոշ տեխնիկական առաջադրանքների իրականացումը:
Կոնվեկցիա երկրակեղևի շերտերում
Կոնվեկցիոն գործընթացները անքակտելիորեն կապված են երկրակեղևի հաստության մեջ գազային նյութերի բնական ձևավորման հետ։ Երկրագունդը կարելի է դիտարկել որպես մի քանի համակենտրոն շերտերից կազմված գունդ։ Հենց կենտրոնում գտնվում է զանգվածային տաք միջուկը, որը երկաթ պարունակող բարձր խտության հեղուկ զանգված է,նիկել, ինչպես նաև այլ մետաղներ։
Երկրի միջուկի շրջակա շերտերն են լիթոսֆերան և կիսահեղուկ թիկնոցը: Երկրագնդի վերին շերտը ուղղակիորեն երկրակեղևն է: Լիտոսֆերան ձևավորվում է առանձին թիթեղներից, որոնք ազատ շարժման մեջ են՝ շարժվելով հեղուկ թիկնոցի մակերեսով։ Թաղանթի զանազան մասերի և ապարների անհավասար տաքացման ընթացքում, որոնք տարբերվում են տարբեր կազմով և խտությամբ, առաջանում են կոնվեկտիվ հոսքեր։ Հենց նման հոսքերի ազդեցության տակ է տեղի ունենում օվկիանոսի հատակի բնական վերափոխումը և կրող մայրցամաքների շարժումը։
Տարբերությունները կոնվեկցիայի և ջերմային հաղորդման միջև
Ջերմային հաղորդունակությունը պետք է հասկանալ որպես ֆիզիկական մարմինների՝ ատոմային և մոլեկուլային միացությունների շարժման միջոցով ջերմություն փոխանցելու ունակություն: Մետաղները ջերմության հիանալի հաղորդիչներ են, քանի որ նրանց մոլեկուլները սերտ շփման մեջ են միմյանց հետ։ Ընդհակառակը, գազային և ցնդող նյութերը գործում են որպես ջերմության վատ հաղորդիչներ։
Ինչպե՞ս է տեղի ունենում կոնվեկցիան: Գործընթացի ֆիզիկան հիմնված է նյութերի մոլեկուլների զանգվածի ազատ շարժման շնորհիվ ջերմության փոխանցման վրա։ Իր հերթին, ջերմային հաղորդունակությունը բաղկացած է միայն ֆիզիկական մարմնի բաղկացուցիչ մասնիկների միջև էներգիայի փոխանցումից: Այնուամենայնիվ, երկու գործընթացներն էլ անհնարին են առանց նյութի մասնիկների առկայության։
Երևույթի օրինակներ
Կոնվեկցիայի ամենապարզ և հասկանալի օրինակը սովորական սառնարանի պրոցեսն է: ՇրջանառությունՍառեցված ֆրեոն գազը սառնարանային խցիկի խողովակներով հանգեցնում է օդի վերին շերտերի ջերմաստիճանի նվազմանը: Համապատասխանաբար, փոխարինվելով ավելի տաք հոսքերով, սառը հոսքերը իջնում են՝ այդպիսով սառեցնելով արտադրանքը։
Սառնարանի հետևի վահանակի վրա տեղադրված վանդակաճաղը խաղում է տարրի դեր, որը հեշտացնում է գազի սեղմման ժամանակ միավորի կոմպրեսորում ձևավորված տաք օդի հեռացումը: Ցանցային սառեցումը նույնպես հիմնված է կոնվեկտիվ մեխանիզմների վրա: Հենց այս պատճառով էլ խորհուրդ չի տրվում խճճել սառնարանի հետևի տարածքը: Ի վերջո, միայն այս դեպքում սառեցումը կարող է տեղի ունենալ առանց դժվարության:
Կոնվեկցիայի այլ օրինակներ կարելի է տեսնել՝ դիտարկելով այնպիսի բնական երեւույթ, ինչպիսին է քամու շարժումը: Չոր մայրցամաքների վրա տաքանալով և ավելի կոշտ տեղանքում սառչելով՝ օդային հոսանքները սկսում են տեղաշարժվել միմյանցից՝ պատճառ դառնալով նրանց շարժման, ինչպես նաև խոնավության և էներգիայի տեղափոխմանը:
Թռչունների և սլայդերների ճախրելու հնարավորությունը կապված է կոնվեկցիայի հետ: Ավելի քիչ խիտ և տաք օդային զանգվածները, Երկրի մակերևույթի մոտ անհավասար տաքացմամբ, հանգեցնում են բարձրացող հոսանքների առաջացմանը, ինչը նպաստում է ճախրման գործընթացին։ Առանց ուժի և էներգիայի ծախսման առավելագույն հեռավորությունները հաղթահարելու համար թռչուններին անհրաժեշտ է այդպիսի հոսքեր գտնելու կարողություն։
Կոնվեկցիայի լավ օրինակներ են ծխնելույզներում և հրաբխային խառնարաններում ծխի առաջացումը: Ծխի վերընթաց շարժումը հիմնված է նրա ավելի բարձր ջերմաստիճանի և շրջակա միջավայրի համեմատ ավելի ցածր խտության վրա: Երբ ծուխը սառչում է, այն աստիճանաբար նստում է մթնոլորտի ստորին շերտերը: Հենց այս պատճառովԱրդյունաբերական խողովակները, որոնց միջոցով վնասակար նյութեր են արտանետվում մթնոլորտ, պատրաստվում են հնարավորինս բարձր:
Կոնվեկցիայի ամենատարածված օրինակները բնության և տեխնիկայի մեջ
Բնության, առօրյա կյանքում և տեխնիկայի մեջ նկատվող ամենապարզ, հեշտ հասկանալի օրինակների շարքում պետք է առանձնացնել.
- օդի հոսք կենցաղային ջեռուցման մարտկոցների շահագործման ժամանակ;
- ամպերի ձևավորում և շարժում;
- քամու, մուսսոնների և քամիների շարժման գործընթացը;
- տեկտոնական երկրային թիթեղների տեղաշարժ;
- գործընթացներ, որոնք հանգեցնում են ազատ գազի գոյացման:
Խոհարարություն
Կոնվեկցիայի երևույթն ավելի ու ավելի է նկատվում ժամանակակից կենցաղային տեխնիկայում, մասնավորապես՝ ջեռոցներում։ Կոնվեկցիայով գազի պահարանը թույլ է տալիս միաժամանակ տարբեր ճաշատեսակներ պատրաստել առանձին մակարդակներում՝ տարբեր ջերմաստիճաններում։ Սա լիովին վերացնում է համերի և հոտերի խառնումը։
Ավանդական վառարանը օդը տաքացնելու համար հենվում է մեկ այրիչի վրա, ինչը հանգեցնում է ջերմության անհավասար բաշխման: Մասնագիտացված օդափոխիչի օգնությամբ տաք օդի հոսքերի նպատակաուղղված շարժման շնորհիվ կոնվեկցիոն ջեռոցում կերակուրներն ավելի հյութալի են և ավելի լավ թխված։ Նման սարքերն ավելի արագ են տաքանում, ինչը նվազեցնում է ճաշ պատրաստելու համար անհրաժեշտ ժամանակը։
Իհարկե, այն տնային տնտեսուհիների համար, ովքեր տարվա մեջ ընդամենը մի քանի անգամ են պատրաստում ջեռոցում, կենցաղային տեխնիկաԿոնվեկցիայի ֆունկցիան չի կարելի անվանել առաջին անհրաժեշտության տեխնիկա: Սակայն նրանց համար, ովքեր չեն կարող ապրել առանց խոհարարական փորձերի, նման սարքը պարզապես անփոխարինելի կդառնա խոհանոցում։
Հուսով ենք, որ ներկայացված նյութը օգտակար էր ձեզ համար: Հաջողություն: