Konvekto

Konvekto (latine convectum, perfektparticipo de convehere = kunigi, alporti) aŭ konvekcio (Vd la suban lingvan noton) estas unu el tri manieroj pri varmotransporto de varmoenergio de unu loko al alia. La aliaj du metodoj estas la varmokondukto kaj la varmoradiado.

Ĉi tiu figuro montras kalkulosimuladon pri termika konvekcio en la Termantelo. Koloroj pli proksimaj al ruĝo de la varmaj punktoj estas varmaj areoj kaj koloroj pli proksimaj al bluo estas en varmetaj kaj malvarmaj areoj. Varma materio (malpli densa) en la malsupra limo-tavolo sendas kolonojn de varma materio supren, kaj inverse malvarma materio de la supro moviĝas suben.

En fluaĵoj, konvekto ĉiam estas ligita kun transporto de partikloj, kiuj enhavas varmoenergion. En ne-deformiĝeblaj solidkorpoj aŭ en vakuo sekve ne eblas konvekcio - sed oni povas transporti varmon aŭ malvarmon al solidkorpojn per trudata konvekto de fluaĵo. Konvekcio en gasoj aŭ likvaĵoj preskaŭ ne estas evitebla. Ankaŭ eroj de solidkorpoj povas partopreni je konvekto en fluaĵoj, vidu ekzemple fluidigadon .

Leĝo de Neŭtono pri malvarmiĝo

La varmotransdona versio de tia leĝo de Neŭtono, kiu postulas konstantan varmotransdonan koeficienton, asertas, ke la proporcio de varmoperdo de iu korpo estas proporcia al la diferenco de temperaturoj inter la korpo kaj ĝia ĉirkaŭaĵo.

La vario de varmotransdono laŭ tiaj cirkonstancoj estas donita sube.

La leĝo de Neŭtono pri malvarmiĝo estas analoga al la diferenciala ekvacio de la leĝo de Fourier uzata pri varmokondukto:

${\frac {dQ}{dt}}=h\cdot A\cdot (T(t)-T_{\text{R}})=h\cdot A\cdot \Delta T(t)\ ,$

kie

$Q$ estas la termika energio (SI unuo: ĵulo).

$h$ estas la varmotransdona koeficiento (supozita sendependa de T) (SI unuo: W/(m² K))

$A$ estas la varmotransdona areo (SI unuo: m²)

$T$ estas la temperaturo de la objektosurfaco (parieta surfaco supozita egala interne kaj ekstrere laŭ tiu aproksimado) (SI unuo: K)

$T_{\mathrm {R} }$ estas la temperaturo de la ĉirkaŭaĵo; t.e. la temperaturo for de la surfaco (SI unuo: K)

$\Delta T(t)=T(t)-T_{\mathrm {R} }$ estas la tempodependa temperatura gradiento inter la ĉirkaŭaĵo kaj la objekto (SI unuo: K).

La varmotransdona koeficiento h dependas de la fizikaj proprecoj de la fluaĵo kaj de fizikaj kondiĉoj laŭ kiu konvekto okazas. Konsekvence, simpla uzebla varmotransdona koeficiento (iu, kiu malforte varias tra la temperaturdiferencaj gamoj okazante dum malvarmigado kaj varmigado) devas esti deduktita aŭ eksperimente trovita por ĉiu sistemo, kiu povas esti analizita uzante la supozon, ke validas la Neŭtona leĝo.

Grafikaĵo pri malvarmiĝo: eksponenta malkresko de temperaturo al la asimptota ĉirkaŭaĵa temperaturo T_R.

Pli detale, oni povas difini koeficienton $\alpha$ laŭ la ekvacio:

${\frac {d}{dt}}{\frac {\partial }{\partial A}}Q=\alpha \Delta T\ .$

De la supra diferenciala formulaĵo, la integralo povas esti derivita:

La kvanto da varmo donita per la varmofonto ĉe la interfaco de korpoj de $A$ areo dum tempo $t$estas proporcia al la temperaturdiferenco de ĉi tiuj korpoj (supozante ke ĝi restas konstanta dum ĉi tiu tempo):

$Q(t)=\alpha \cdot t\cdot A\cdot \Delta T\ .$

Se la interna termika konduktivo estas multe pli granda ol la varmotransdona koeficiento , tiam preskaŭ unuforma temperaturo estas metita enen (se la tuta surfaco ankaŭ estas la sama) kaj tiam la korpomalvarmiĝa ekvacio povas esti skribata tiele:

${\frac {\partial T(t)}{\partial t}}=k(T_{\mathrm {R} }-T(t))=k\cdot \Delta (t)\ .$

Ĉi tie la koeficiento estas $k={\frac {\alpha A}{C}}$, kie $C$ estas la varmokapacito de la korpo (konsiderante ke $dQ=CdT$).

De ĉi tiu ekvacio, estas facile vidi, ke la korpotemperaturo (kies la origina temperaturo estis $T_{0}$), en tia situacio, eksponente alproksimiĝos al la temperatura medio $T_{\mathrm {R} }$:

$T(t)=T_{\mathrm {R} }+e^{-kt}(T_{0}-T_{\mathrm {R} })$.

Lingva noto

Laŭ la "Scienca kaj Teknika Terminaro" eldonita de Japana Esperanto-Instituto (Tokio, 1956) estas malgranda diferenco inter la du iomete malsamaj vortoj:

konvekcio estas vertikala aermoviĝo, kaj konvekto estas forfluado de varmo de unu korpo al alia.

Bildaro

• 
  Skemo pri cirkulado de fluaĵo super varma fonto.
• 
  Natura konvekto (konvekcio): malvarmigaj radiadiloj por elektronikaj cirkvitoj.
• 
  Trudata konvekto: malvarmigo de mikroprocesoro sur radiadilo per ventolilo.
• 
  Malvarmiga turo de nuklea centralo kaj ties altiĝanta vaporiĝita akvo, la hiperboloida formo de la turo faciligas la konvekcion de la akvovaporo.

Vidu ankaŭ

• Fluidodinamiko
• Leĝoj de Newton pri movo
• Neŭtona leĝo pri universala gravito
• Varmointerŝanĝilo
• Varmotransigilo
• Varmokondukto
• Varmotransdono
• Varmoradiado

Eksteraj ligiloj

• Energy2D: Interactive Heat Transfer Simulations for Everyone (angle)