Σύγχρονα ρεύματα και πώς λειτουργούν

Τα ρεύματα μεταφοράς είναι ρέον ρευστό που κινείται επειδή υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας ή πυκνότητας εντός του υλικού.

Επειδή τα σωματίδια μέσα σε ένα στερεό στερεώνονται στη θέση τους, τα ρεύματα μεταφοράς παρατηρούνται μόνο σε αέρια και υγρά. Μια διαφορά θερμοκρασίας οδηγεί σε μια μεταφορά ενέργειας από μια περιοχή υψηλότερης ενέργειας σε μία με χαμηλότερη ενέργεια.

Η μεταφορά είναι α μεταφορά θερμότητας επεξεργάζομαι, διαδικασία. Όταν παράγονται ρεύματα, η ύλη μετακινείται από τη μια θέση στην άλλη. Επομένως, αυτή είναι και μια διαδικασία μαζικής μεταφοράς.

Ακτινοβολία που συμβαίνει φυσικά καλείται φυσική μεταφορά ή ελεύθερη μεταφορά. Εάν κυκλοφορεί ρευστό με ανεμιστήρα ή αντλία, ονομάζεται εξαναγκασμένη μεταφορά. Το κύτταρο που σχηματίζεται από τα ρεύματα μεταφοράς θεωρείται α κυψελίδας μεταφοράς ή Κύτταρο Bénard.

Μια διαφορά θερμοκρασίας προκαλεί κίνηση των σωματιδίων, δημιουργώντας ένα ρεύμα. Στα αέρια και στο πλάσμα, η διαφορά θερμοκρασίας οδηγεί επίσης σε περιοχές υψηλότερης και χαμηλότερης πυκνότητας, όπου τα άτομα και τα μόρια κινούνται για να γεμίσουν περιοχές χαμηλής πίεσης.

Εν ολίγοις, τα καυτά υγρά αυξάνονται ενώ τα ψυχρά υγρά καταβυθίζονται. Εκτός εάν υπάρχει πηγή ενέργειας (π.χ. ηλιακό φως, θερμότητα), τα ρεύματα μεταφοράς συνεχίζονται μόνο μέχρι να επιτευχθεί ομοιόμορφη θερμοκρασία.

Οι επιστήμονες αναλύουν τις δυνάμεις που δρουν σε ένα υγρό για να κατηγοριοποιήσουν και να κατανοήσουν τη μεταφορά. Αυτές οι δυνάμεις μπορεί να περιλαμβάνουν:

• Βαρύτητα
• Επιφανειακή τάση
• Διαφορές συγκέντρωσης
• Ηλεκτρομαγνητικά πεδία
• Δονήσεις
• Ο σχηματισμός δεσμών μεταξύ των μορίων

Τα ρεύματα μεταφοράς μπορούν να μοντελοποιηθούν και να περιγραφούν με χρήση κυμάτωνδιάχυση εξισώσεις, οι οποίες είναι εξισώσεις κλιμακωτής μεταφοράς.

• Μπορείτε να παρατηρήσετε ρεύματα μεταφοράς σε νερό βρασμός σε ένα δοχείο. Απλά προσθέστε λίγα μπιζέλια ή κομμάτια χαρτιού για να ανιχνεύσετε την τρέχουσα ροή. Η πηγή θερμότητας στον πυθμένα της λεκάνης θερμαίνει το νερό, δίνοντάς της περισσότερη ενέργεια και προκαλώντας τα μόρια να κινούνται ταχύτερα. Η αλλαγή της θερμοκρασίας επηρεάζει επίσης την πυκνότητα του νερού. Καθώς το νερό ανεβαίνει προς την επιφάνεια, κάποια από αυτά έχουν αρκετή ενέργεια για να διαφύγουν ως ατμοί. Η εξάτμιση ψύχει επαρκώς την επιφάνεια για να αναγκάσει κάποια μόρια να βυθιστούν ξανά προς τα κάτω στον πάτο.
• Ένα απλό παράδειγμα ρευμάτων μεταφοράς είναι ο θερμός αέρας που ανεβαίνει προς την οροφή ή τη σοφίτα ενός σπιτιού. Ο θερμός αέρας είναι λιγότερο πυκνός από τον ψυχρό αέρα, οπότε ανεβαίνει.
• Ο άνεμος είναι ένα παράδειγμα ενός ρεύματος μεταφοράς. Το ηλιακό φως ή το ανακλώμενο φως ακτινοβολεί τη θερμότητα, ρυθμίζοντας μια διαφορά θερμοκρασίας που προκαλεί την κίνηση του αέρα. Οι σκιερές ή υγρές περιοχές είναι πιο δροσερές ή μπορούν να απορροφήσουν θερμότητα, προσθέτοντας το αποτέλεσμα. Τα ρεύματα μεταφοράς είναι μέρος αυτού που οδηγεί την παγκόσμια κυκλοφορία της ατμόσφαιρας της Γης.
• Καύση δημιουργεί ρεύματα μεταφοράς. Η εξαίρεση είναι ότι η καύση σε ένα περιβάλλον μηδενικής βαρύτητας στερείται πλευστότητας, έτσι τα καυτά αέρια δεν αυξάνονται φυσικά, επιτρέποντας στο φρέσκο ​​οξυγόνο να τροφοδοτεί τη φλόγα. Η ελάχιστη μεταφορά σε zero-g προκαλεί πολλές φλόγες να πνίξουν τα ίδια τους τα προϊόντα καύσης.
• Η ατμοσφαιρική και ωκεάνια κυκλοφορία είναι η μεγάλης κλίμακας κίνηση του αέρα και του νερού (η υδροσφαίρα), αντίστοιχα. Οι δύο διαδικασίες λειτουργούν σε συνδυασμό μεταξύ τους. Τα ρεύματα μεταφοράς στον αέρα και στη θάλασσα οδηγούν καιρός.
• Η μαγνήτη στο μανδύα της Γης μετακινείται σε ρεύματα μεταφοράς. Ο ζεστός πυρήνας θερμαίνει το υλικό πάνω από αυτό, προκαλώντας το να ανέβει προς την κρούστα, όπου ψύχεται. Η θερμότητα προέρχεται από την έντονη πίεση πάνω στο βράχο, σε συνδυασμό με την ενέργεια που απελευθερώνεται από το φυσικό ραδιενεργή αποσύνθεση των στοιχείων. Το μάγμα δεν μπορεί να συνεχίσει να αυξάνεται, κι έτσι κινείται οριζόντια και βυθίζεται πίσω.
• Η επίδραση στοίβας ή το φαινόμενο καμινάδας περιγράφει τα ρεύματα μεταφοράς που μετακινούν αέρια μέσω καπνοδόχων ή καπναγωγών. Η πλευστότητα του αέρα μέσα και έξω από ένα κτίριο είναι πάντα διαφορετική λόγω διαφορών θερμοκρασίας και υγρασίας. Η αύξηση του ύψους ενός κτιρίου ή στοίβας αυξάνει το μέγεθος του αποτελέσματος. Αυτή είναι η αρχή στην οποία βασίζονται οι πύργοι ψύξης.
• Τα ρεύματα μεταφοράς είναι εμφανή στον ήλιο. Οι κόκκοι που παρατηρούνται στη φωσφαίρια του ήλιου είναι οι κορυφές των κυψελών μεταφοράς. Στην περίπτωση του ήλιου και άλλων αστεριών, το υγρό είναι πλάσμα και όχι υγρό ή αέριο.