对流(是什么,形成原因,例子)
Release Time:2021-03-28对流是什么?
对流是流动的流体,因为在材料内部存在温度或密度差异而移动。因为固体中的粒子是固定的,所以对流只能在气体和液体中看到。温差导致能量从能量较高的区域转移到能量较低的区域。对流是一种热传递过程。当对流产生时,物质从一个位置移动到另一个位置。所以这也是一个传质过程。自然发生的对流称为自然对流或自由对流。如果一种流体通过风扇或泵循环,这被称为强制对流。由对流形成的细胞称为对流细胞。
对流形成的原因
温差导致粒子移动,从而产生电流。在气体和等离子体中,温差也会导致密度高低的区域,在那里原子和分子会移动,填充低压区域。简而言之,热流体上升,冷流体下降。除非有一种能源存在(如阳光、热),否则对流只能持续到达到均匀温度为止。科学家分析作用在流体上的力来分类和理解对流。这些力量可能包括:
※重力
※表面张力
※浓度的差异
※电磁场
※振动
※分子间成键
※对流可以用标量输运方程或对流扩散方程来建模和描述。
对流的例子
※你可以在锅里沸腾的水里观察到对流。只要加几粒豌豆或几张纸就可以追踪到电流。平底锅底部的热源加热水,给水更多的能量,使分子移动得更快。温度的变化也会影响水的密度。当水上升到地表时,其中一些有足够的能量以水蒸气的形式逸出。蒸发使表面冷却到足以使一些分子再次沉入锅底。
※对流的一个简单例子是暖空气上升到天花板或阁楼的房子。暖空气的密度比冷空气小,所以它会上升。
※风是对流的一个例子。阳光或反射光辐射热量,造成温差,导致空气移动。阴凉或潮湿的地方更凉爽,或者能够吸收热量,增加效果。对流流是驱动地球大气全球环流的一部分。
※燃烧产生对流。例外的是,在零重力环境下燃烧缺乏浮力,所以高温气体不会自然上升,让新鲜的氧气进入火焰。零重力下最小的对流导致许多火焰在燃烧产物中窒息。
※大气环流和海洋环流分别是大气和水(水圈)的大规模运动。这两个过程协同工作。空气和海洋中的对流流导致天气。
※地幔中的岩浆以对流的形式运动。炙热的地核加热其上面的物质,使其上升到地壳,在那里冷却。热量来自于对岩石的强烈压力,加上元素的自然放射性衰变释放的能量。岩浆不能继续上升,所以它水平移动,然后下沉。
※烟囱效应或烟囱效应描述了使气体通过烟囱或烟道的对流电流。由于温度和湿度的不同,建筑物内外空气的浮力总是不同的。增加建筑物或堆栈的高度会增加影响的大小。这就是冷却塔所依据的原理。
※太阳中的对流很明显。在太阳的光球层中看到的颗粒是对流细胞的顶部。就太阳和其他恒星而言,这种流体是等离子体,而不是液体或气体。