Arus Konveksi dan Cara Mereka Bekerja

Arus konveksi adalah fluida mengalir yang bergerak karena ada perbedaan suhu atau kepadatan di dalam material.

Karena partikel-partikel di dalam zat padat tetap pada tempatnya, arus konveksi hanya terlihat dalam gas dan cairan. Perbedaan suhu menyebabkan transfer energi dari area energi tinggi ke energi rendah.

Konveksi adalah a perpindahan panas proses. Ketika arus dihasilkan, materi dipindahkan dari satu lokasi ke lokasi lain. Jadi ini juga merupakan proses transfer massal.

Konveksi yang terjadi secara alami disebut konveksi alami atau konveksi gratis. Jika cairan diedarkan menggunakan kipas atau pompa, itu disebut konveksi paksa. Sel yang dibentuk oleh arus konveksi disebut a sel konveksi atau Sel Bénard.

Perbedaan suhu menyebabkan partikel bergerak, menciptakan arus. Dalam gas dan plasma, perbedaan suhu juga menyebabkan daerah dengan kepadatan lebih tinggi dan lebih rendah, di mana atom dan molekul bergerak untuk mengisi daerah dengan tekanan rendah.

Singkatnya, cairan panas meningkat sementara cairan dingin meresap. Kecuali jika ada sumber energi (mis., Sinar matahari, panas), arus konveksi hanya berlanjut sampai suhu yang seragam tercapai.

Para ilmuwan menganalisis kekuatan yang bekerja pada fluida untuk mengkategorikan dan memahami konveksi. Kekuatan-kekuatan ini mungkin termasuk:

• Gravitasi
• Tegangan permukaan
• Perbedaan konsentrasi
• Medan elektromagnetik
• Getaran
• Pembentukan ikatan antar molekul

Arus konveksi dapat dimodelkan dan dijelaskan menggunakan konveksi-difusi persamaan, yang merupakan persamaan transportasi skalar.

• Anda dapat mengamati arus konveksi dalam air mendidih dalam pot. Cukup tambahkan beberapa kacang atau bit kertas untuk melacak aliran saat ini. Sumber panas di bagian bawah panci memanaskan air, memberinya lebih banyak energi dan menyebabkan molekul bergerak lebih cepat. Perubahan suhu juga mempengaruhi kerapatan air. Saat air naik ke permukaan, beberapa di antaranya memiliki energi yang cukup untuk keluar sebagai uap. Penguapan mendinginkan permukaan cukup untuk membuat beberapa molekul tenggelam kembali ke dasar panci lagi.
• Contoh sederhana arus konveksi adalah udara hangat yang naik ke langit-langit atau loteng rumah. Udara hangat tidak sepadat udara dingin, sehingga naik.
• Angin adalah contoh arus konveksi. Sinar matahari atau cahaya yang dipantulkan memancarkan panas, mengatur perbedaan suhu yang menyebabkan udara bergerak. Daerah teduh atau lembab lebih dingin, atau mampu menyerap panas, menambah efeknya. Arus konveksi adalah bagian dari apa yang mendorong sirkulasi global atmosfer bumi.
• Pembakaran menghasilkan arus konveksi. Pengecualiannya adalah bahwa pembakaran di lingkungan tanpa gravitasi tidak memiliki daya apung, sehingga gas panas tidak naik secara alami, memungkinkan oksigen segar memberi makan nyala api. Konveksi minimal dalam nol-g menyebabkan banyak api membakar diri mereka dalam produk pembakaran mereka sendiri.
• Sirkulasi atmosfer dan lautan adalah pergerakan besar-besaran udara dan air (hidrosfer), masing-masing. Dua proses bekerja bersama satu sama lain. Arus konveksi di udara dan laut mengarah ke cuaca.
• Magma dalam mantel bumi bergerak dalam arus konveksi. Inti panas memanaskan material di atasnya, menyebabkannya naik ke kerak, di mana itu menjadi dingin. Panas berasal dari tekanan kuat pada batu, dikombinasikan dengan energi yang dilepaskan dari alam peluruhan radioaktif elemen. Magma tidak bisa terus naik, sehingga bergerak horizontal dan tenggelam kembali.
• Efek tumpukan atau efek cerobong menggambarkan arus konveksi yang memindahkan gas melalui cerobong atau cerobong asap. Daya apung udara di dalam dan di luar gedung selalu berbeda karena perbedaan suhu dan kelembaban. Meningkatkan ketinggian bangunan atau tumpukan meningkatkan besarnya efek. Ini adalah prinsip dasar menara pendingin.
• Arus konveksi terlihat jelas di matahari. Butiran yang terlihat di foto matahari adalah bagian atas sel konveksi. Dalam kasus matahari dan bintang-bintang lainnya, fluida lebih merupakan plasma daripada cairan atau gas.