Transfert de chaleur à convection (avec des exemples)

La Transfert de chaleur par convection Il se produit par le mouvement d'un liquide, qui peut être du gaz ou du liquide. À mesure que la densité diminue à mesure que la température augmente, les masses de fluide les plus chaudes augmentent, tandis que les parties les plus froides descendent. De cette façon, il y a un mouvement de masse fluide, à travers lequel la chaleur est transportée d'un endroit à un autre.

C'est la caractéristique qui distingue la convection de la conduite et du rayonnement, car en convection il y a toujours un déplacement de masse net. D'un autre côté, le rayonnement n'a pas besoin d'un milieu matériel pour se propager et en termes de transmission de conduite, elle est due à des collisions successives entre les atomes et les molécules, sans le mouvement net de la matière.

Cependant, au niveau de l'atmosphère et des océans, il est facile pour les déplacements de grandes masses d'air et d'eau. C'est pourquoi la convection est le mécanisme de transfert d'énergie prépondérant dans ces milieux, et c'est celui qui détermine largement le climat de la terre.

Dans une cuisine à domicile, vous pouvez voir de près les mécanismes de transfert de chaleur. Mettez simplement de l'eau pour chauffer dans une casserole. La partie fluide qui est la plus proche de la flamme de la Hornilla est chauffée, sa densité diminue et augmente. Sa place est occupée par une eau plus froide, qui descend au fond le pot.

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Types de convection

Lorsqu'une partie fluide est chauffée, ses molécules se déplacent plus rapidement et s'écartent les unes des autres. Pour cette raison.

Ensuite, une masse de fluide plus froide occupe l'endroit laissé par ces molécules ascendantes et cet échange continu génère les appels les courants de convection.

Cela peut être réalisé de deux manières: par convection naturelle (libre) ou par convection forcée. De même, les deux formes de convection sont présentes dans les systèmes de chauffage central ou les centrales solaires.

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Ensuite, chacun se compose de:

Convection naturelle et forcée

Dans ce mécanisme, la chaleur ne circule que grâce au fait que la différence de température dans le liquide en question. Sans gravité, il n'y a pas de convection naturelle.

Il y a une expérience simple en laboratoire qui permet de visualiser ces courants de convection naturels lorsqu'ils sont formés dans l'eau.

Un tuyau en verre plié est requis en forme carrée ou rectangulaire et un colorant qui rend les courants ascendants visibles. C'est généralement le permanganate de potassium, qui teint l'eau violette ou les gouttes d'une sorte d'encre.

Maintenant, l'un des coins inférieurs du tuyau et la densité de la partie eau qui se trouve juste sur la flamme diminue et s'élève, étant remplacé par une portion d'eau plus froide de l'eau.

Expérience simple pour illustrer comment se former les courants de convection dans l'eau. Source: F. Zapata.

Ce processus d'échange continu entre l'eau froide et chaude génère un courant de convection contraire à l'horloge, qui est observé grâce au colorant violet, comme indiqué sur la figure supérieure.

Le liquide à circuler peut également être obligé de transmettre la chaleur, au lieu de laisser des courants de convection se produire naturellement en raison de la différence de densité.

Lorsque la convection se produit grâce à des moyens externes qui entraînent le liquide, comme un ventilateur ou une pompe, il s'agit d'une convection forcée. Le liquide peut être obligé de s'écouler à travers un tuyau, comme dans les systèmes de chauffage central des maisons, le radiateur d'une voiture ou dans un espace plus ouvert, grâce à un ventilateur ASPAS.

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Exemples de transfert de chaleur à convection

Systèmes de chauffage central

Le système de chauffage central dans une maison utilise le transfert de chaleur par convection dans l'eau.

Pour cela, vous devez faire circuler l'eau chaude à travers des tuyaux sous le sol, à partir d'une chaudière centrale. De cette façon, l'eau transfère la chaleur vers les radiateurs ou le chauffage et de ceux-ci, la chaleur passe aux pièces, tandis que l'eau froide revient à nouveau à la chaudière chauffante pour répéter le cycle.

Comme on peut le voir, une convection naturelle et forcée est présente dans le mécanisme de chauffage central.

Radiateurs, poêles et cheminées

Les sources de chaleur telles que les radiateurs chauffent l'air qui les entoure et augmente, tandis que l'air de la partie supérieure descend, générant des courants d'air convective dans la pièce chaude.

Cuisiner: bouillir et faire frire

Lorsque l'eau contenue dans ce pot est chauffée, le transfert de chaleur par convection prédomine

Chaque fois que les aliments sont bouillis dans de l'eau ou immergés dans l'huile de friture, ils sont cuits par la chaleur transférée par convection.

Dans la pasteurisation, le lait et les autres aliments liquides sont chauffés à des températures élevées pendant certaines périodes, selon la variante de pasteurisation utilisée. Cela se fait pour éliminer les bactéries et augmenter la durabilité des produits.

La convection est le principal mécanisme de transfert de chaleur dans ces cas, bien que d'autres mécanismes, tels que la conduite, ne soient pas exclus.

Les vents

Les courants de convection dans l'atmosphère provoquent des vents. Ces courants sont formés en raison de nombreux facteurs, notamment le fait que la surface de la terre est chauffée inégalement.

Par exemple, pendant la journée, la plage se réchauffe plus que l'eau de mer, donc la flottaison fait de l'air au sommet de la plage et de l'air le plus froid, arrivant de la mer, occupe sa place.

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Mais la nuit, le processus se produit à l'envers, puisque la plage perd la chaleur plus rapidement que l'eau plus chaude et l'air se rend à la mer. C'est pourquoi dans une boîte de nuit sur la plage, la fumée se déplace vers la mer, tandis que si le feu est fait pendant la journée, la fumée se déplace vers le sol.

Le champ magnétique de la Terre

La Terre est composée de couches, et le noyau a une couche externe, à haute température, qui n'est pas solidifiée. Le mouvement de la planète crée des courants de convection dans ce liquide, qui sont soupçonnés de responsables du champ magnétique de la Terre.

Les champs magnétiques sont dus à la présence de charges électriques en mouvement. Les ions et les particules chargées présentes dans le noyau externe sont capables de générer ce champ, car les mouvements planétaires font que ces particules ont un comportement similaire à celle des petits virages (circuits fermés) du courant.

Les scientifiques ont trouvé une corrélation entre l'intensité du champ magnétique et la vitesse de rotation de la planète. On pense que le champ magnétique faible de Vénus est dû au fait que sa vitesse de rotation est inférieure à celle de Jupiter, dont le champ magnétique est beaucoup plus intense.

Les références

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