Konvektion kan äga rum i alla vätskor?

En mening svar:

Konvektion kan äga rum i någon vätska när temperaturen gradient i vätska är i en annan riktning än styrkan av gravitation och som innehåller vätskor, gaser och även plasmor.

Villkor för konvektion:

Normalt när man diskuterar konvektion antas typ av konvektion vara "naturlig konvektion" annars känd som "termisk konvektion" orsakade genom att värma en vätska. Det finns också "påtvingad konvektion" där flytande rörelse orsakas av en konstlad mekanism som en solfjäder. Konvektionsugnar, till exempel tvingas faktiskt konvektion där en fläkt rör sig uppvärmd luft. Det är således uppenbart att påtvingad konvektion kan uppstå i någon vätska.

Som sagt, det är fortfarande sant att naturlig konvektion kan uppstå i någon vätska.
Naturlig konvektion kräver tre villkor.
1. en ej enhetlig temperatur i vätska.
2. en förändring i täthet av vätska med förändring i temperatur.
3. ett gravitationsfält att skapa flytkraft.

Diskussion "naturlig konvektion":

Vi kan förklara villkoren i ordning.

0. vi kunde lägga till villkor "0" i listan och det är villkoret att man har en vätska och inte en solid. En solid kommer att behålla sin form under påverkan av en kraft, dvs. en fast kommer inte att flöda. Konvektion uppstår inte i heltäckande. (Vissa människor kallar ett "glas" en flytande, men som inte är lämpliga här. Spegelblanka staten är fortfarande en amorf fast stat. Motsats till några gamla fruar sagor, glas flödar inte.)

1. en ej enhetlig temperatur i vätska är nödvändigt eftersom vi diskuterar termisk konvektion orsakas av temperaturskillnader. Vi skulle också kunna diskutera konvektion beror på kemiska eller fysiska skillnader i en vätska. Till exempel, är det välkänt att om en mängd salt vatten avdunstning, tätheten av ytan regionerna ökar och därigenom ytvattnet kommer att sjunka. Det är en form av konvektion som inte kräver en temperaturskillnad och är inte vad vi kallar "påtvingad konvektion." Det finns andra exempel där en vätska blir inhomogenous av andra skäl än en temperaturgradient, t ex fasseparation och densitet förändringar resultatet i vätskeflöde.

2. en förändring i täthet av vätska med förändring i temperatur är föraren av konvektion. Om temperaturen är enhetlig och vätskan är därför enhetlig i täthet, finns det ingen stark och ingen kraft som kan orsaka rörelse i vätska. Naturligtvis kan man tänka sig en vätska som av någon anledning inte ändras i täthet med temperatur. De flesta vätskor som minskar i täthet när temperaturen ökar, gaser t.ex. Sällan, kommer att en vätska öka i täthet när temperaturen ökar, vatten till exempel. (Om du ökar temperaturen på vattnet från 0 C till 4 C, tätheten ökar med 0.013 %.) Det finns inga kända material som inte ändrar täthet med temperaturen.

3. ett gravitationsfält att skapa flytkraft krävs så att kraft dra på tät region av vätska är obalanserad från kraften på de mindre tät regionerna och obalanserad kraft orsakar motion. Detta visar sig vara ett viktigt problem för människor som lever i tyngdlöshet miljöer. Vätska strömmar framkallas genom konvektion är viktiga för uppvärmning av vätskor. I själva verket är detta också viktigt för förbränning. Försöker bränna ett ljus i tyngdlöshet miljö är svårt. (Detta är inte att säga att konvektion grund av krafter än gravitation är omöjligt. Man kan föreställa sig andra krafter som vill penetrera en vätska, e.g. elektriska, magnetiska, centrifugal. Oavsett kraften, skulle ett slags konvektion uppstå om det finns en obalans i den kraft som verkar på skillnaden regioner av vätska.)

Slutligen bör vi nämna plasmor, som ställer ut konvektion samma som alla andra vätskor. Förekomst av elektriska och magnetiska fält komplicera fluiddynamik, men konvektion kan fortfarande ske. Solen är det uppenbara exemplet, men endast den yttre tredjedelen av solen uppvisar konvektion. Dynamiken i solens konvektionszon innebär mer än temperatur, särskilt den turbulenta yttersta randområde där styrkor av magnetfält skapar dramatiska effekter. Observera att avsaknad av konvektion i djupa inre inte strider mot våra grundläggande påstående att konvektion uppstår i alla vätskor eftersom det gravitationella-sätter inuti solen i mycket nonuniform, dämpande vertikala täthetväxlingarna. Men om du vill få kräsen, då du kan hävda att inre av solen är ett ställe att vätska konvektion äger inte rum!