הסעה: מאפיינים, דוגמאות, יישומים - גוּפָנִי - 2025

ההסעה היא אחד משלושת המנגנונים חומים מועבר מאזור אחד למשנו קריר חמים. זה מתרחש בגלל תנועת המסה של נוזל, שיכולה להיות נוזל או גז. בכל מקרה, מדיום חומרי נדרש תמיד למנגנון זה.

ככל שתנועת הנוזל המדוברת מהירה יותר, כך העברת האנרגיה התרמית מהירה יותר בין אזורים בטמפרטורות שונות. זה קורה ברציפות עם מסות אוויר אטמוספריות: ציפה מבטיחה שהחמימות והצפופות פחות יעלו בזמן שהקרירות והצפופות יותר יורדות.

איור 1. קירור בחדר מקורר על ידי פתיחת הדלת, מכיוון שהאוויר החם (חץ אדום) ופחות צפוף עולה ובורח ממנו. מקור: Wikimedia Commons. Genieclimatique / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

דוגמה לכך היא החדר הסגור בתמונה, שמתקרר מיד ברגע שנפתחים הדלתות או החלונות, מכיוון שהאוויר החם מבפנים בורח אפילו דרך הסדקים, ומפנה את מקומו לאוויר הצח מבחוץ שנותר יותר מטה.

סוגי הסעה

הסעה טבעית ומאולצת

תרשים 2. דוגמאות לסיעור מאולץ והסעה טבעית. מקור: סנגל, י. תרמודינמיקה.

ההסעה יכולה להיות טבעית או מאולצת. במקרה הראשון הנוזל נע מעצמו, כמו בעת פתיחת הדלת לחדר, ואילו בשני הוא נאלץ על ידי מאוורר או משאבה, למשל.

דיפוזיה ועדיפות

יכולות להיות גם שתי גרסאות: דיפוזיה וקידום. בפיזור, מולקולות הנוזל נעות פחות או יותר באופן אקראי והעברת החום איטית.

לעומת זאת, הקדימה מזיזה כמות טובה של מסת נוזלים, אותה ניתן להשיג על ידי אילוץ הסעה עם מאוורר, למשל. אך היתרון בקידום הוא שהוא מהיר בהרבה מהפיזור.

¿

מודל מתמטי פשוט של העברת חום konvektive הוא חוק הקירור של ניוטון. קחו למשל משטח חם בשטח A, מוקף באוויר קריר יותר, כך שההבדל בטמפרטורה הוא קטן.

בוא נקרא לחום שהועבר לשעה וזמן t. הקצב שאליו מועבר החום הוא dQ / dt או נגזר מהפונקציה Q (t) ביחס לזמן.

מכיוון שחום הוא אנרגיה תרמית, יחידותיו במערכת הבינלאומית הינן ג'אול (J), ולכן קצב ההעברה מגיע בג'ול / שנייה, שהם וואט או וואט (W).

קצב זה פרופורציונלי ישירות להבדל הטמפרטורה בין האובייקט החם למדיום, המצוין כ- T וגם לשטח הפנים A של האובייקט:

קבוע המידתיות נקרא h, שהוא מקדם העברת החום על ידי הסעה ונקבע באופן ניסיוני. יחידותיה במערכת הבינלאומית (SI) הן W / m ² . K, אך מקובל למצוא אותה במונחים של מעלות צלזיוס או צלזיוס.

חשוב לציין כי מקדם זה אינו מאפיין נוזלים, מכיוון שהוא תלוי במספר משתנים, כמו הגיאומטריה של המשטח, מהירות הנוזל ותכונות אחרות.

שילוב כל האמור לעיל, חוק הקירור של ניוטון מבחינה מתמטית לובש צורה זו:

יישום חוק הקירור של ניוטון

אדם עומד באמצע החדר 20 מעלות צלזיוס, דרכו נושבת רוח קלה. מה קצב החום אותו האדם מעביר לסביבה באמצעות הסעה? נניח ששטח הפנים החשוף הוא 1.6 מ ' ² וטמפרטורת פני השטח של העור היא 29 מעלות צלזיוס.

עובדה : מקדם העברת החום של הסעה במקרה זה הוא 6 W / m ² . ºC

פִּתָרוֹן

האדם יכול להעביר חום לאוויר סביבם, מכיוון שהוא בתנועה כאשר הבריזה נושבת. כדי למצוא את קצב ההעברה dQ / dt, פשוט חבר את הערכים למשוואה של ניוטון לקירור:

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

דוגמאות להסעה

לחמם את הידיים על מדורה

מקובל לחמם את הידיים על ידי קירובם למדורה או לטוסטר חם, שכן האוויר סביב מקור החום בתורו מתחמם ומתרחב, עולה מכיוון שהוא פחות צפוף. כשהוא מסתובב, האוויר החם הזה עוטף ומחמם את הידיים שלך.

איור 3. אחת הדרכים לחמם את הידיים היא דרך זרם ההסעה שנוצר באוויר על ידי האש. מקור: Pxfuel.

זרימת אוויר בחוף

בחוף הים קר יותר מהיבשה, כך שהאוויר שמעל הארץ מתחמם ועולה, ואילו האוויר הקר יותר מגיע ומתמקם במרחב שהשאיר אחר זה בעת העלייה.

זה נקרא תא הסעה והוא הסיבה שהוא מרגיש קריר יותר כשמבט אל הים והרוח נושבת על הפנים שלך ביום חם. בלילה ההפך קורה, הבריזה הקרה מגיעה מהיבשה.

מחזור המים

הסעה טבעית מתרחשת באוויר של חופי האוקיאנוס, דרך המחזור ההידרולוגי, בו מחממים ומתאדים מים בזכות קרינת השמש. אדי המים הנוצרים בכך עולה, מתקרר ומתעבה לעננים, שההמונים שלהם גדלים ועולים באמצעות הסעה.

על ידי הגדלת גודל טיפות המים, מגיע זמן שהמים יורדים בצורה של גשם, מוצק או נוזלי, תלוי בטמפרטורה.

הרתיחו מים בכלי

כשמניחים את המים בקומקום או בסיר, השכבות הקרובות ביותר לתחתית מחוממות תחילה, שכן הלהבה או החום מהמבער הכי קרובים. ואז המים מתרחבים וצפיפותם יורדת, ולכן הם עולים והמים הקרים תופסים את מקומם בתחתית המכולה.

איור 4. חימום מים באמצעות הסעה. מקור: Wikimedia Commons. משתמש: אוני לוקוס / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/).

בדרך זו כל השכבות מסתובבות במהירות וכל גוף המים מתחמם. זוהי דוגמא טובה לקידום.

דור הרוח

הסעה בהמוני אוויר, יחד עם תנועת הסיבוב של כדור הארץ, מייצרת רוחות, כאשר אוויר קר נע ונע סביב אוויר חם, ויוצר זרמים שונים הנקראים זרמי הסעה.

זרמי אוקיינוס

מים מתנהגים באופן דומה לאופן שבו אוויר באווירה. מים חמים כמעט תמיד בקרבת פני השטח, בעוד מים קרירים יותר עמוקים.

אפקט דינמו

הוא מתרחש בליבה המותכת בתוך כדור הארץ, שם הוא משלב עם התנועה הסיבובית של כדור הארץ, ויוצר זרמים חשמליים המולידים את השדה המגנטי של כדור הארץ.

העברת אנרגיה בתוך הכוכבים

כוכבים כמו השמש הם תחומי גז ענקיים. הסעה היא מנגנון יעיל להובלת אנרגיה שם, מכיוון שלמולקולות הגזיות יש חופש מספיק לנוע בין אזורים בפנים הכוכבים.

בקשות להסעה

מזגנים

המזגן ממוקם בסמוך לתקרת החדרים, כך שהאוויר הקריר, הצפוף יותר, יורד ומתקרר מהר יותר לרצפה.

מחליפי חום

זהו מכשיר המאפשר העברת חום מנוזל אחד לשני והוא עיקרון הפעולה של מזגנים ומנגנוני קירור של מנוע הרכב, למשל.

מבודדים תרמיים בבניינים

הם מיוצרים על ידי שילוב של יריעות מחומר בידוד והוספת בועות אוויר בפנים.

מגדלי קירור

הם נקראים גם מגדלי קירור, והם משמשים לזרוק את החום המיוצר על ידי תחנות כוח גרעיניות, בתי זיקוק ושאר מתקני תעשייה שונים לאוויר, במקום לקרקע או למים.

הפניות

1. Giambattista, A. 2010. Physics. 2. אד. מקגרו היל.
2. גומז, א. הולכה, הסעה והקרנות. התאושש מ: eltamiz.com.
3. נטחנו. יישומי חום. התאושש מ: natahenao.wordpress.com.
4. סרווי, ר. פיסיקה למדע והנדסה. כרך 1. 7. למידה של אד. צ'נגז '.
5. ויקיפדיה. הולכת חום. התאושש מ: en.wikipedia.org.
6. ויקיפדיה. הסעה תרמיקה. התאושש מ: fr.wikipedia.org.