თუ მიახლოვებთ ხელს ჩართულ ელექტრო ნათურას ან დადებთ ხელისგულს ცხელ ღუმელზე, იგრძნობთ თბილი ჰაერის ნაკადების მოძრაობას. იგივე ეფექტი შეიძლება შეინიშნოს, როდესაც ქაღალდის ფურცელი ირხევა ღია ცეცხლზე. ორივე ეფექტი აიხსნება კონვექციით.
რა არის ეს?
კონვექციის ფენომენი ემყარება უფრო ცივი ნივთიერების გაფართოებას ცხელ მასებთან კონტაქტში. ასეთ პირობებში გაცხელებული ნივთიერება კარგავს სიმკვრივეს და უფრო მსუბუქი ხდება მის გარშემო არსებულ ცივ სივრცესთან შედარებით. ყველაზე ზუსტად, ფენომენის ეს მახასიათებელი შეესაბამება სითბოს ნაკადების მოძრაობას წყლის გაცხელებისას.
მოლეკულების მოძრაობა საპირისპირო მიმართულებით გათბობის გავლენის ქვეშ არის ზუსტად ის, რასაც ეფუძნება კონვექცია. გამოსხივება და თბოგამტარობა მსგავსი პროცესებია, მაგრამ ისინი ძირითადად ეხება თერმული ენერგიის გადაცემას მყარ სხეულებში.
კონვექციის ნათელი მაგალითები - თბილი ჰაერის მოძრაობა ოთახის შუაში გათბობითტექნიკა, როდესაც გახურებული ნაკადები მოძრაობს ჭერის ქვეშ და ცივი ჰაერი ეშვება იატაკის ზედაპირზე. სწორედ ამიტომ, როდესაც გათბობა ჩართულია, ოთახის ზედა ჰაერი შესამჩნევად თბილია ოთახის ქვედა ნაწილთან შედარებით.
არქიმედეს კანონი და ფიზიკური სხეულების თერმული გაფართოება
იმისათვის, რომ გავიგოთ რა არის ბუნებრივი კონვექცია, საკმარისია განვიხილოთ პროცესი არქიმედეს კანონის მაგალითის გამოყენებით და თერმული გამოსხივების გავლენის ქვეშ სხეულების გაფართოების ფენომენი. ასე რომ, კანონის თანახმად, ტემპერატურის მატება აუცილებლად იწვევს სითხის მოცულობის ზრდას. კონტეინერებში ქვემოდან გაცხელებული სითხე უფრო მაღლა იწევს და უფრო მაღალი სიმკვრივის ტენიანობა, შესაბამისად, უფრო დაბალია. ზემოდან გაცხელების შემთხვევაში თავის ადგილებზე დარჩება უფრო და უფრო ნაკლები მკვრივი სითხეები, ამ შემთხვევაში ფენომენი არ მოხდება.
კონცეფციის გაჩენა
ტერმინი "კონვექცია" პირველად შემოგვთავაზა ინგლისელმა მეცნიერმა უილიამ პროუტმა ჯერ კიდევ 1834 წელს. იგი გამოიყენებოდა გახურებულ, მოძრავ სითხეებში თერმული მასების მოძრაობის აღსაწერად.
პირველი თეორიული შესწავლა კონვექციის ფენომენის შესახებ დაიწყო მხოლოდ 1916 წელს. ექსპერიმენტების დროს დადგინდა, რომ ქვემოდან გაცხელებულ სითხეებში დიფუზიიდან კონვექციაზე გადასვლა ხდება მაშინ, როდესაც მიიღწევა გარკვეული კრიტიკული ტემპერატურის მნიშვნელობები. მოგვიანებით, ეს მნიშვნელობა განისაზღვრა, როგორც "Roel ნომერი". მას ასე ეწოდა მკვლევარის სახელი, რომელიც მას სწავლობდა. ექსპერიმენტების შედეგებმა შესაძლებელი გახადა არქიმედეს ძალების გავლენით სითბოს ნაკადების მოძრაობის ახსნა.
კონვექციის სახეები
არსებობს ფენომენის რამდენიმე ტიპი, რომელსაც ჩვენ აღვწერთ - ბუნებრივი და იძულებითი კონვექცია. ოთახის შუაში ცხელი და ცივი ჰაერის ნაკადების მოძრაობის მაგალითი საუკეთესო საშუალებაა ბუნებრივი კონვექციის პროცესის დასახასიათებლად. რაც შეეხება იძულებას, ეს შეიძლება შეინიშნოს სითხის კოვზით, ტუმბოს ან სარევით შერევისას.
კონვექცია შეუძლებელია, როდესაც მყარი სხეულები თბება. ეს გამოწვეულია საკმაოდ ძლიერი ურთიერთმიზიდვით მათი მყარი ნაწილაკების ვიბრაციის დროს. მყარი სტრუქტურის სხეულების გაცხელების შედეგად კონვექცია და გამოსხივება არ ხდება. თბოგამტარობა ცვლის ამ მოვლენებს ასეთ სხეულებში და ხელს უწყობს თერმული ენერგიის გადაცემას.
ე.წ. კაპილარული კონვექცია ცალკე სახეობაა. პროცესი ხდება მაშინ, როდესაც ტემპერატურა იცვლება მილებში სითხის გადაადგილებისას. ბუნებრივ პირობებში ასეთი კონვექციის მნიშვნელობა ბუნებრივ და იძულებით კონვექციასთან ერთად უკიდურესად უმნიშვნელოა. თუმცა, კოსმოსურ ტექნოლოგიაში, კაპილარული კონვექცია, მასალების რადიაცია და თერმული კონდუქტომეტრული ფაქტორი ხდება ძალიან მნიშვნელოვანი. ყველაზე სუსტი კონვექციური მოძრაობებიც კი უწონად პირობებში ართულებს ზოგიერთი ტექნიკური ამოცანის შესრულებას.
კონვექცია დედამიწის ქერქის ფენებში
კონვექციური პროცესები განუყოფლად არის დაკავშირებული დედამიწის ქერქის სისქეში აირისებრი ნივთიერებების ბუნებრივ წარმოქმნასთან. გლობუსი შეიძლება ჩაითვალოს სფეროდ, რომელიც შედგება რამდენიმე კონცენტრული ფენისგან. ცენტრში არის მასიური ცხელი ბირთვი, რომელიც არის მაღალი სიმკვრივის თხევადი მასა, რომელიც შეიცავს რკინას.ნიკელი, ისევე როგორც სხვა ლითონები.
დედამიწის ბირთვის მიმდებარე ფენები არის ლითოსფერო და ნახევრად თხევადი მანტია. დედამიწის ზედა ფენა პირდაპირ დედამიწის ქერქია. ლითოსფერო იქმნება ცალკეული ფირფიტებისგან, რომლებიც თავისუფალ მოძრაობაში არიან და მოძრაობენ თხევადი მანტიის ზედაპირის გასწვრივ. მანტიის სხვადასხვა ნაწილისა და ქანების არათანაბარი გაცხელების დროს, რომლებიც განსხვავდებიან განსხვავებული შემადგენლობითა და სიმკვრივით, წარმოიქმნება კონვექციური ნაკადები. სწორედ ასეთი ნაკადების გავლენით ხდება ოკეანის ფსკერის ბუნებრივი ტრანსფორმაცია და მზიდი კონტინენტების მოძრაობა.
განსხვავებები კონვექციასა და სითბოს გამტარობას შორის
თბოგამტარობა უნდა გავიგოთ, როგორც ფიზიკური სხეულების უნარი, გადაიტანონ სითბო ატომური და მოლეკულური ნაერთების გადაადგილების გზით. ლითონები სითბოს შესანიშნავი გამტარები არიან, რადგან მათი მოლეკულები მჭიდრო კავშირშია ერთმანეთთან. პირიქით, აირისებრი და აქროლადი ნივთიერებები მოქმედებენ როგორც სითბოს ცუდი გამტარები.
როგორ ხდება კონვექცია? პროცესის ფიზიკა ემყარება სითბოს გადაცემას ნივთიერებების მოლეკულების მასის თავისუფალი გადაადგილების გამო. თავის მხრივ, თბოგამტარობა შედგება მხოლოდ ენერგიის გადაცემაში ფიზიკური სხეულის შემადგენელ ნაწილაკებს შორის. თუმცა, ორივე პროცესი შეუძლებელია მატერიის ნაწილაკების არსებობის გარეშე.
ფენომენის მაგალითები
კონვექციის ყველაზე მარტივი და გასაგები მაგალითია ჩვეულებრივი მაცივრის პროცესი. ცირკულაციაგაცივებული ფრეონის გაზი სამაცივრო კამერის მილების გავლით იწვევს ჰაერის ზედა ფენების ტემპერატურის დაქვეითებას. შესაბამისად, თბილი ნაკადებით ჩანაცვლებული ცივი ნაკადულები იძირებიან და ამგვარად აცივებენ პროდუქტებს.
მაცივრის უკანა პანელზე მდებარე ღვეზელი ასრულებს ელემენტის როლს, რომელიც ხელს უწყობს დანადგარის კომპრესორში გაზის შეკუმშვის დროს წარმოქმნილი თბილი ჰაერის მოცილებას. ბადის გაგრილება ასევე ეფუძნება კონვექციურ მექანიზმებს. სწორედ ამ მიზეზით არ არის რეკომენდებული მაცივრის უკან სივრცის გადატვირთვა. ყოველივე ამის შემდეგ, მხოლოდ ამ შემთხვევაში შეიძლება გაციება მოხდეს უპრობლემოდ.
კონვექციის სხვა მაგალითები შეიძლება ნახოთ ისეთი ბუნებრივი ფენომენის დაკვირვებით, როგორიცაა ქარის მოძრაობა. არიდულ კონტინენტებზე დათბობა და უფრო მკაცრი რელიეფის გაციება, ჰაერის დინებები იწყებს ერთმანეთის გადაადგილებას, რაც იწვევს მათ მოძრაობას, ასევე ტენიანობის და ენერგიის გადაადგილებას.
ფრინველებისა და პლანერების აფრენის შესაძლებლობა დაკავშირებულია კონვექციასთან. ნაკლებად მკვრივი და თბილი ჰაერის მასები, დედამიწის ზედაპირთან არათანაბარი გათბობით, იწვევს აღმავალი დინების წარმოქმნას, რაც ხელს უწყობს ამაღლების პროცესს. მაქსიმალური მანძილების დასაძლევად ძალისა და ენერგიის დახარჯვის გარეშე, ფრინველებს სჭირდებათ ასეთი ნაკადების პოვნის უნარი.
კონვექციის კარგი მაგალითია კვამლის წარმოქმნა საკვამურებში და ვულკანურ კრატერებში. კვამლის ზევით მოძრაობა ეფუძნება მის უფრო მაღალ ტემპერატურას და უფრო დაბალ სიმკვრივეს მის გარემოსთან შედარებით. როგორც კი კვამლი გაცივდება, ის თანდათან წყდება ატმოსფეროს ქვედა ფენებში. ზუსტად ამ მიზეზის გამოსამრეწველო მილები, რომელთა მეშვეობითაც მავნე ნივთიერებები გამოიყოფა ატმოსფეროში, მზადდება რაც შეიძლება მაღალი.
კონვექციის ყველაზე გავრცელებული მაგალითები ბუნებაში და ტექნოლოგიაში
უმარტივეს, ადვილად გასაგებ მაგალითებს შორის, რომლებიც შეიძლება შეინიშნოს ბუნებაში, ყოველდღიურ ცხოვრებაში და ტექნოლოგიაში, უნდა გამოვყოთ:
- ჰაერის ნაკადი საყოფაცხოვრებო გათბობის ბატარეების მუშაობისას;
- ღრუბლების წარმოქმნა და მოძრაობა;
- ქარის, მუსონებისა და ნიავის მოძრაობის პროცესი;
- დედამიწის ტექტონიკური ფილებისცვლა;
- პროცესები, რომლებიც იწვევს თავისუფალ გაზის წარმოქმნას.
სამზარეულო
სულ უფრო და უფრო ხვდება კონვექციის ფენომენი თანამედროვე საყოფაცხოვრებო ტექნიკაში, კერძოდ ღუმელებში. გაზის კარადა კონვექციით საშუალებას გაძლევთ მოამზადოთ სხვადასხვა კერძები ერთდროულად ცალკეულ დონეზე სხვადასხვა ტემპერატურაზე. ეს მთლიანად გამორიცხავს გემოსა და სუნის შერევას.
ტრადიციული ღუმელი ეყრდნობა ერთ სანთელს ჰაერის გასათბობად, რაც იწვევს სითბოს არათანაბრად განაწილებას. სპეციალიზებული ვენტილატორის დახმარებით ცხელი ჰაერის ნაკადების მიზანმიმართული მოძრაობის გამო, კონვექციურ ღუმელში კერძები უფრო წვნიანი და გამომცხვარი აღმოჩნდება. ასეთი მოწყობილობები უფრო სწრაფად თბება, რაც ამცირებს მომზადებისთვის საჭირო დროს.
რა თქმა უნდა, დიასახლისებისთვის, რომლებიც წელიწადში მხოლოდ რამდენჯერმე ამზადებენ ღუმელში, საყოფაცხოვრებო ტექნიკაკონვექციის ფუნქციას არ შეიძლება ეწოდოს პირველი აუცილებლობის ტექნიკა. თუმცა მათთვის, ვისაც კულინარიული ექსპერიმენტების გარეშე ცხოვრება არ შეუძლია, ასეთი მოწყობილობა უბრალოდ შეუცვლელი გახდება სამზარეულოში.
ვიმედოვნებთ, რომ წარმოდგენილი მასალა თქვენთვის სასარგებლო იყო. წარმატებებს გისურვებთ!
