PEROLAKAN: CIRI, CONTOH, APLIKASI - FIZIKAL - 2024

The perolakan adalah salah satu daripada tiga mekanisme yang haba dipindahkan dari satu zon ke sejuk lain yang lebih panas. Ia berlaku kerana pergerakan jisim cecair, yang boleh berupa cecair atau gas. Bagaimanapun, medium bahan selalu diperlukan agar mekanisme ini berlaku.

Semakin cepat pergerakan cecair yang dimaksudkan, semakin cepat pemindahan tenaga terma antara zon dengan suhu yang berbeza. Ini berlaku secara berterusan dengan jisim udara atmosfera: daya apung memastikan bahawa yang lebih panas dan kurang padat naik sementara yang lebih sejuk dan lebih padat turun.

Gambar 1. Sebuah bilik disejukkan dengan membuka pintu, kerana udara panas (anak panah merah) dan kurang padat naik dan keluar dari situ. Sumber: Wikimedia Commons. Genieclimatique / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Contohnya ialah ruangan tertutup dalam gambar, yang segera disejukkan sebaik sahaja pintu atau tingkap dibuka, kerana udara panas dari dalam melarikan diri walaupun melalui celah-celah, memberi laluan ke udara segar dari luar yang tetap lebih banyak turun.

Jenis perolakan

Perolakan semula jadi dan paksa

Rajah 2. Contoh perolakan paksa dan perolakan semula jadi. Sumber: Cengel, Y. Termodinamik.

Perolakan boleh menjadi semula jadi atau terpaksa. Dalam kes pertama, cairan bergerak dengan sendirinya, seperti ketika membuka pintu ke ruangan, sementara yang kedua dipaksa oleh kipas atau pam, misalnya.

Difusi dan adveksi

Terdapat juga dua varian: penyebaran dan adveksi. Dalam penyebaran, molekul cecair bergerak lebih kurang secara rawak dan penghantaran haba lambat.

Sebaliknya, adveksi menggerakkan sejumlah besar jisim bendalir, yang dapat dicapai dengan memaksa perolakan dengan kipas, misalnya. Tetapi kelebihan advection adalah bahawa ia jauh lebih cepat daripada penyebaran.

¿

Model matematik pemindahan haba konvektif yang sederhana adalah undang-undang penyejukan Newton. Pertimbangkan permukaan panas A, dikelilingi oleh udara yang lebih sejuk, sehingga perbezaan suhu kecil.

Mari kita panggil Q yang dipindahkan haba dan masa t. Kadar di mana haba dipindahkan adalah dQ / dt atau berasal dari fungsi Q (t) berkenaan dengan masa.

Oleh kerana haba adalah tenaga terma, unitnya dalam Sistem Antarabangsa adalah joule (J), oleh itu kadar pemindahan datang dalam joule / saat, iaitu watt atau watt (W).

Kadar ini berkadar langsung dengan perbezaan suhu antara objek panas dan medium, dilambangkan sebagai ΔT dan juga ke permukaan permukaan objek:

Pemalar berkadar disebut h, yang merupakan pekali pemindahan haba melalui perolakan dan ditentukan secara eksperimen. Unit-unitnya dalam Sistem Antarabangsa (SI) adalah W / m ² . K, tetapi biasa dijumpai dari segi darjah Celsius atau selsius.

Penting untuk diperhatikan bahawa pekali ini bukan sifat bendalir, kerana bergantung pada pelbagai pemboleh ubah, seperti geometri permukaan, kelajuan bendalir dan ciri-ciri lain.

Menggabungkan semua perkara di atas, secara matematik undang-undang penyejukan Newton mengambil bentuk ini:

Pemakaian undang-undang pendinginan Newton

Seseorang berdiri di tengah-tengah bilik 20 ° C, di mana angin sepoi-sepoi berhembus. Berapakah kadar haba yang dihantar oleh orang ke persekitaran melalui perolakan? Anggapkan bahawa luas permukaan yang terdedah adalah 1.6 m ² dan suhu permukaan kulit adalah 29 ºC.

Fakta : pekali pemindahan haba perolakan dalam kes ini ialah 6 W / m ² . ºC

Penyelesaian

Orang itu dapat memancarkan haba ke udara di sekitar mereka, kerana ia bergerak ketika angin bertiup. Untuk mencari kadar pemindahan dQ / dt, cukup masukkan nilai ke persamaan Newton untuk penyejukan:

dQ / dt = 6 W / m ² . ºC x 1.6 m ² x (29 ºC - 20 ° C) = 86.4 W.

Contoh perolakan

Panaskan tangan anda di atas api unggun

Adalah biasa untuk menghangatkan tangan anda dengan mendekatkannya ke api unggun atau pembakar roti panas, kerana udara di sekitar sumber panas seterusnya memanas dan mengembang, meningkat kerana kurang padat. Semasa beredar, udara panas ini menyelimuti dan menghangatkan tangan anda.

Gambar 3. Salah satu cara untuk memanaskan tangan anda adalah melalui arus perolakan yang dibuat di udara oleh api. Sumber: Pxfuel.

Aliran udara di pesisir

Di pesisir, laut lebih dingin daripada darat, sehingga udara di atas daratan memanas dan naik, sementara udara yang lebih dingin tiba dan menetap di ruang yang ditinggalkan oleh yang lain ini ketika naik.

Ini disebut sel perolakan dan inilah sebab mengapa ia terasa lebih sejuk ketika melihat ke laut dan angin bertiup ke wajah anda pada hari yang panas. Pada waktu malam sebaliknya berlaku, angin sejuk datang dari darat.

Kitaran air

Perolakan semula jadi berlaku di udara pantai lautan, melalui kitaran hidrologi, di mana air dipanaskan dan disejat berkat sinaran matahari. Wap air yang terbentuk naik, menyejukkan dan mengembun menjadi awan, jisimnya bertambah dan naik dengan cara perolakan.

Ketika ukuran tetesan air meningkat, ada saatnya air jatuh dalam bentuk hujan, padat atau cair, bergantung pada suhunya.

Rebus air di dalam bekas

Apabila air diletakkan di dalam cerek atau periuk, lapisan yang paling dekat dengan bahagian bawah dipanaskan terlebih dahulu, kerana api atau panas dari pembakar berada paling dekat. Kemudian air mengembang dan ketumpatannya berkurang, oleh itu air naik dan air yang sejuk mengambil tempatnya di bahagian bawah bekas.

Rajah 4. Pemanasan air secara perolakan. Sumber: wikimedia Commons. Pengguna: Oni Lukos / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/).

Dengan cara ini semua lapisan beredar dengan cepat dan seluruh badan memanas. Ini adalah contoh adveksi yang baik.

Penjanaan angin

Perolakan dalam jisim udara, bersama dengan gerakan putaran bumi, menghasilkan angin, ketika udara sejuk bergerak dan beredar di bawah udara panas, mewujudkan pelbagai arus yang disebut arus perolakan.

arus lautan

Air berkelakuan sama seperti udara di atmosfera. Perairan yang lebih panas hampir selalu berada di permukaan, sementara perairan yang lebih sejuk lebih dalam.

Kesan Dynamo

Ia berlaku di teras lebur di dalam planet, di mana ia bergabung dengan pergerakan putaran Bumi, menghasilkan arus elektrik yang menimbulkan medan magnet Bumi.

Penghantaran tenaga di dalam bintang

Bintang seperti Matahari adalah sfera gas yang besar. Konveksi adalah mekanisme pengangkutan tenaga yang cekap di sana, kerana molekul gas mempunyai kebebasan yang cukup untuk bergerak di antara kawasan pedalaman bintang.

Aplikasi perolakan

penghawa dingin

Penghawa dingin diletakkan di dekat siling bilik, supaya udara yang sejuk, yang lebih padat, turun dan mendinginkan dengan cepat ke lantai.

Penukar haba

Ini adalah alat yang memungkinkan penghantaran haba dari satu bendalir ke bendalir yang lain dan merupakan prinsip operasi penghawa dingin dan mekanisme penyejukan mesin automotif, misalnya.

Penebat haba di bangunan

Mereka dibuat dengan menggabungkan kepingan bahan penebat dan menambahkan gelembung udara di dalamnya.

menara penyejuk

Juga disebut menara penyejuk, mereka berfungsi untuk membuang haba yang dihasilkan oleh loji tenaga nuklear, kilang minyak dan pelbagai kemudahan perindustrian lain ke udara, bukan ke tanah atau ke air.

Rujukan

1. Giambattista, A. 2010. Fizik. Ke-2. Ed. McGraw Hill.
2. Gómez, E. Pengaliran, perolakan dan sinaran. Dipulihkan dari: eltamiz.com.
3. Natahenao. Aplikasi haba. Dipulihkan dari: natahenao.wordpress.com.
4. Serway, R. Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. 7hb. Pembelajaran Ed. Cengage.
5. Wikipedia. Perolakan. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Thermique perolakan. Dipulihkan dari: fr.wikipedia.org.