Gyorskeresés

A hőáramlás (konvekció) 7247

Hőáramlás csak folyadékokban és gázokban, és azokban is csak nehézségi erőtér jelenlétekor lép fel (hőmérsékletkülönbség esetén). Hőáramlásról akkor beszélünk, ha a folyadék vagy gáz egy része felmelegszik a többi részekhez képest, a felmelegedéstől kitágul, vagyis a térfogata megnő, a sűrűsége pedig lecsökken. Emiatt a szomszédos folyadék vagy gázrészek által rá kifejtett hidrosztatikai felhajtóerő megnő (hiszen a kitágulás miatt több folyadékot/gázt szorít ki, aminek nagyobb a súlya). Ettől felborul az eddigi erőegyensúly (a darabra ható neházségi erő és a rá ható felhajtóerő között a felhajtóerő javára), és a folyadék/gáz ezen felmelegedett (makroszkopikus!) része felszáll, felfelé áramlik. Természetesen ugyanez pepitában elmondható, ha a folyadék/gáz egy része lehű, ettől összehúzódik, térfogata lecsökken, sűűsége megnő, emiatt kevesebb környező folyadékot/gázt szorít ki, így a felhajtóerő kisebbé válik, mint a rá ható nehézségi erő.

A hőáramlás során tehát molekulák sokasága (makroszkopikus mennyisége) vándorol el a saját méretéhez képest hatalmas távolságokra. Ezt az áramlást hívjuk hőáramlásnak. Ha a melegítés (hűtés) a folyadék/gáz egyik részén folyamatosan fennáll, akkor az áramlás állandóan visszatér, ezt hívjuk cirkulációnak, pontosabb nevén gravitációs cirkuláció (bár önmagában a gravitációs erő nem elég hozzá, a folyadéknak/gáznak nem szabad szabadesést végeznie, hanem "valakinek alulról meg kell akadályoznia a folyadék/gáz zuhanását a nehézségi erőtér hatására).

Ez történik egy szobában, amikor télem fűt a radiátor: a radiátor által felmelegített levegő kitágul, sűrűsége lecsökken, ezért felszáll, és a helyére hidegebb levegő áramlik:

A hőáramlás körébe tartozik a szél és a tengeráramlások is, mindkettő "hajóereje", hogy a levegő illetve a víz eltérő hőmérsékletűvé válik (a napfény melegítő, vagy a jégtáblák hűtő hatása miatt), és a hidegebb anyag lesüllyed, a melegebb pedig felfelé igykeszik. Persze a tereptárgyak és egyéb effektusok (a Föld forgása miatti Coriolis-erő) alaposan megbonyolítják a folyamatokat):

Ha ki akarjuk használni, hogy a gázok hővezetése (a molekulákközötti nagy távolság miatt) elég rossz, akkor ki kell valahogy iktatnunk az ennél erősebb hőátadási módot, a hőáramlást. Erre megoldás, ha egy rossz hővezető szilár anyagból (például üveg) sok kicsi, levegővel töltött zárt tartálz hozunk létre, ez a hungarocell/nikecell. Ebben lehet melegen/hidegen tárolva szállítani az ételeket:

És épületek falainak hőszigetelésére:

Ehhez hasonló az üveggyapot, a kőzetgyapot, amiknek előnye, hogy (a hungarocellhez képest) jobban szellőznek, működésük mechanizmusa pedig az, hogy sok kis vékony szilárd szállal megakadályozzuk a levegő cirkulációját. Ezen alapszanak a meleg ruhák is: a ruhában lévő nagy mennyiségű levegő áramlását meggátolják a szövet szálai; illetve a madártollak, bundák:

Mivel hidrosztatikai felhajtóerő csak nehézségi erőtérben és nyugvó folyadék/gáz esetében ébred, ezért a hőáramlás jelensége is csak ilyen körülmények között jelentkezik. Például egy elejtett, szabadon eső dobozban lévő gyertya elalszik, mert zuhanás közben nincs felhajtóerő, így az égéskor keletkezett forró égéstermék gázok nem szállnak fel, emiatt a tűz nem kap oxigén utánpótlás a levegőáramlása révén, így csak a diffúzió marad, ami vagy egyáltalán nem elég, vagy csak egy igen kicsi láng fennmaradását teszi lehetővé. Ezt mutatja az alábbi videó:

Ugyanez a Nemzetközi Űrállomáson is így van, hiszen az is szabadon esik:

A konvekció szó a latin veho, vehere igéből származik, melynek jelentése: szállít. Ebből ered a vektor szó, mint "szállító" és az angol vehicle (szállító)jármű.