대류 전류는 물질 내에 온도 또는 밀도 차이가 있기 때문에 움직이는 유체가 흐릅니다.
고체 내의 입자는 제자리에 고정되어 있기 때문에 대류 전류는 가스와 액체에서만 볼 수 있습니다. 온도 차이는 더 높은 에너지 영역에서 더 낮은 에너지로 에너지 전달을 초래합니다.
대류는 열 전달 과정입니다. 전류가 생성되면 물질은 한 위치에서 다른 위치로 이동합니다. 따라서 이것은 또한 대량 전달 과정입니다.
자연적으로 발생하는 대류를 자연 대류라고합니다 또는 자유 대류 . 팬이나 펌프를 사용하여 유체가 순환되면 강제 대류 이라고합니다. . 대류 전류에 의해 형성된 셀을 대류 셀이라고합니다. 또는 베르 나드 세포 .
왜 형성되는지
온도 차이로 인해 입자가 움직여 전류가 생성됩니다. 가스 및 혈장에서 온도 차이는 또한 밀도가 높고 밀도가 낮은 영역으로 이어지는데, 여기서 원자와 분자는 저압 영역을 채우기 위해 움직입니다.
간단히 말해서, 차가운 체액은 가라 앉는 동안 뜨거운 액체가 상승합니다. 에너지 원이 존재하지 않는 한 (예 :햇빛, 열), 대류 전류는 균일 온도에 도달 할 때까지 계속됩니다.
과학자들은 대류를 분류하고 이해하기 위해 유체에 작용하는 힘을 분석합니다. 이 힘은 다음을 포함 할 수 있습니다.
- 중력
- 표면 장력
- 농도 차이
- 전자기장
- 진동
- 분자 사이의 결합 형성
대류 전류는 스칼라 전송 방정식 인 대류-확산 방정식을 사용하여 모델링 및 설명 할 수 있습니다.
대류 전류 및 에너지 척도의 예
- 냄비에 물이 끓는 대류 전류를 관찰 할 수 있습니다. 전류 흐름을 추적하기 위해 몇 개의 완두콩이나 종이 비트를 넣으십시오. 팬 바닥의 열원은 물을 가열하여 더 많은 에너지를주고 분자가 더 빨리 움직입니다. 온도 변화는 물의 밀도에도 영향을 미칩니다. 물이 표면을 향해 상승함에 따라 일부는 증기로 탈출하기에 충분한 에너지를 가지고 있습니다. 증발은 일부 분자가 팬 바닥을 다시 다시 가라 앉을 수있을 정도로 표면을 식 힙니다.
- 대류 전류의 간단한 예는 하우스의 천장이나 다락방을 향해 따뜻한 공기가 상승하는 것입니다. 따뜻한 공기는 시원한 공기보다 밀도가 낮으므로 상승합니다.
- 바람은 대류 전류의 예입니다. 햇빛 또는 반사 빛은 열을 방출하여 공기가 움직이는 온도 차이를 설정합니다. 그늘진 또는 촉촉한 부위는 더 시원하거나 열을 흡수하여 효과를 더할 수 있습니다. 대류 전류는 지구 대기의 글로벌 순환을 유발하는 것의 일부입니다.
- 연소는 대류 전류를 생성합니다. 예외는 제로 중력 환경에서의 연소에는 부력이 부족하므로 뜨거운 가스는 자연적으로 상승하지 않아 신선한 산소가 불꽃을 공급할 수 있습니다. Zero-G의 최소 대류는 많은 불꽃이 자신의 연소 제품에서 자신을 질식하게합니다.
- 대기 및 해양 순환은 각각 공기와 물의 대규모 운동 (수위)입니다. 두 프로세스는 서로 함께 작동합니다. 공기와 바다의 대류 전류는 날씨로 이어집니다. 지구의 맨틀의 마그마는 대류 전류로 움직입니다. 뜨거운 코어는 그 위의 재료를 가열하여 빵 껍질을 향해 상승하여 식 힙니다. 열은 원소의 자연 방사능 붕괴로부터 방출 된 에너지와 결합 된 암석의 강렬한 압력에서 비롯됩니다. 마그마는 계속 상승 할 수 없으므로 수평으로 움직이고 뒤로 내려갑니다.
- 스택 효과 또는 굴뚝 효과는 굴뚝이나 연도를 통한 대류 전류가 가스를 움직입니다. 건물 안팎의 공기 부력은 온도와 습도 차이로 인해 항상 다릅니다. 건물 또는 스택의 높이를 늘리면 효과의 크기가 증가합니다. 이것이 냉각탑이 기반을 둔 원리입니다.
- 대류 전류는 태양에서 분명합니다. 태양의 광구에서 볼 수있는 과립은 대류 세포의 꼭대기입니다. 태양과 다른 별의 경우 유체는 액체 나 가스가 아닌 혈장입니다.
