Đối lưu là gì? Các hiện tượng đối lưu

Đối lưu là gì? Các hiện tượng đối lưu

Đối lưu là sự truyền nhiệt năng bằng các dòng chất lỏng hoặc chất khí. Đối lưu trong tiếng Anh được gọi là Convection. Điều này sẽ xảy ra khi có hiện tượng nhiệt độ của các bộ phận không giống nhau của chất lưu.

Do độ dẫn nhiệt của chất lỏng và chất khí thường nhỏ, đối lưu là phương pháp truyền nhiệt chính trong chất lỏng vì nhiệt được truyền chủ yếu thông qua các chuyển động nhỏ của các ion và electron. Tốc độ chuyển động của chất lỏng càng lớn thì nhiệt có thể truyền qua đối lưu càng nhanh.

Giải thích chi tiết đối lưu là gì

Lúc này, chất lưu sẽ thực hiện quá trình chuyển giao nhiệt lượng thông qua tính lưu động vĩ mô tự thân của các bộ phận bên trong chất lưu. Trong chất lỏng hoặc chất khí, bộ phận khá nóng sẽ di chuyển lên cao do nó nở ra và nhẹ hơn. Bộ phận khá lạnh ngược lại sẽ đi xuống thấp.

Tất cả sẽ lưu động tuần hoàn, pha trộn lẫn các phần lạnh và nóng với nhau. Cuối cùng khiến cho nhiệt độ thuận theo được đồng đều. Do độ dẫn nhiệt của chất lưu nhỏ, nên đối lưu được coi là phương thức truyền nhiệt chủ yếu của các chất lưu.

Các dạng đối lưu

Đối lưu hiện nay được chia làm hai loại là đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức.

• Đối lưu tự nhiên: Nó được tạo ra bởi sự khác biệt về nhiệt độ hoặc nồng độ. Gradien nhiệt độ bên trong chất lỏng sẽ dẫn đến gradien tỷ trọng và nếu chất lỏng có tỷ trọng thấp ở đáy và tỷ trọng cao ở trên thì do tác dụng của trọng lực sẽ hình thành sự đối lưu tự nhiên.

• Đối lưu cưỡng bức: Hình thành và tăng tốc độ đối lưu nhờ ngoại lực. Tốc độ chuyển động của chất lỏng và chất khí tăng lên rất nhiều do tác động của ngoại lực, do đó cho phép truyền nhiệt nhanh bằng đối lưu. Dựa trên tác dụng của ngoại lực, chất lỏng chuyển động tuần hoàn, và do đó quá trình truyền nhiệt được gọi là đối lưu cưỡng bức.

Hiện tượng đối lưu dễ thấy trong cuộc sống

Bức xạ nhiệt

Bức xạ nhiệt là hiện tượng phát ra sóng điện từ từ mọi vật có nhiệt độ cao hơn 0 độ tuyệt đối trong tự nhiên. Bức xạ biểu thị quá trình năng lượng nhiệt được chuyển đổi thành năng lượng điện từ. Đây là một trong 3 dạng truyền nhiệt cơ bản, thường gặp và có ý nghĩa trong cuộc sống.

Một số ví dụ về bức xạ nhiệt như:

• Các bức xạ mặt trời
• Sự truyền sóng điện từ của lò vi sóng
• Năng lượng ánh sáng được phát ra từ bóng đèn sợi đốt
• Sự phát tia gamma

Đối lưu không khí – Air convection

Đây là quá trình chuyển động của không khí trong khí quyển (hoặc môi trường khí) do sự khác nhau về mật độ và nhiệt độ của khí. Sự khác nhau về nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi của mật độ. Và các phần không khí nóng lạnh sẽ di chuyển, hoà trộn với nhau.

Quá trình này tạo ra chuyển động dòng chảy tự nhiên của không khí, được gọi là đối lưu. Nó diễn ra cả trong khí quyển cũng như trong các môi trường khí khác.

Ứng dụng của đối lưu

Điều hòa 

Máy điều hòa không khí được đặt gần trần của các phòng, để không khí được làm mát, dày đặc hơn, đi xuống và làm mát gần sàn nhà một cách nhanh chóng.

Quạt đối lưu không khí

Tình trạng không gian sống kín, khó thoát là một nguyên nhân gây ô nhiễm không khí. Môi trường này tạo điều kiện cho sự phát triển nhanh chóng của nấm mốc và vi sinh vật gây hại. Điều này có thể ẩn chứa nhiều nguy cơ về các bệnh tật nguy hiểm.

Sấy đối lưu là gì

Công nghệ sấy đối lưu bằng nhiệt nóng là phổ biến trong việc làm khô thực phẩm, dược liệu và nhiều ứng dụng khác. Phương pháp này đưa vật liệu cần sấy tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ cao từ khí nóng hoặc khói lò.

Điểm đặc trưng của công nghệ này là việc tạo ra luồng khí vòng tuần hoàn trong buồng sấy. Luồng khí này tác động lên nguyên liệu, giúp hơi nước bốc hơi ra ngoài, làm khô vật liệu hoàn toàn. Sấy đối lưu có ưu điểm là làm khô nhanh chóng, giữ cho sản phẩm ít biến chất, ít biến dạng, không mất màu sắc và hương vị.

Cấu tạo đơn giản và nguyên lý hoạt động thông minh cũng là lý do khiến máy sấy đối lưu được ưa chuộng.

Lò nướng đối lưu là gì

Đối với lò nướng truyền thống, nhiệt độ thường phát ra từ các nguồn nhiệt, dẫn đến việc thức ăn không chín đều do sự phân bố không đồng đều của nhiệt độ trên bề mặt thức ăn. Để giải quyết vấn đề này, lò nướng trang bị quạt đối lưu. Mục tiêu của việc tích hợp quạt vào lò đối lưu là để tạo sự lưu thông liên tục của không khí nóng trong lò, đẩy không khí đến mọi khu vực của lò, giúp duy trì nhiệt độ ổn định và đồng đều, từ đó thúc đẩy quá trình chín đều và làm thơm ngon hơn cho thực phẩm.

Bộ tản nhiệt chất lỏng

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng là thiết bị cho phép truyền nhiệt từ chất lỏng có nhiệt độ cao sang chất lỏng khác có nhiệt độ thấp. Đó là nguyên lý hoạt động của máy điều hòa không khí và cơ cấu làm mát của máy tính cá nhân và điện thoại thông minh ngày nay.

Tháp tản nhiệt

Tháp tản nhiệt, còn được gọi là tháp làm mát, được sử dụng để tản nhiệt từ các cơ sở công nghiệp khác nhau như nhà máy điện hạt nhân, nhà máy lọc dầu và các khu công nghiệp khác. Tháp tản nhiệt vào khí quyển thay vì thải xuống đất hoặc nước.