Əlinizi yanan elektrik lampasına yaxınlaşdırsanız və ya ovucunuzu isti sobanın üzərinə qoysanız, isti hava axınlarının hərəkətini hiss edə bilərsiniz. Eyni təsir bir vərəq açıq alov üzərində salındıqda da müşahidə edilə bilər. Hər iki təsir konveksiya ilə izah olunur.
Bu nədir?
Konveksiya fenomeni daha soyuq bir maddənin isti kütlələrlə təmasda genişlənməsinə əsaslanır. Belə şəraitdə qızdırılan maddə öz sıxlığını itirir və onu əhatə edən soyuq məkanla müqayisədə yüngülləşir. Ən doğrusu, fenomenin bu xüsusiyyəti suyun qızdırıldığı zaman istilik axınının hərəkətinə uyğundur.
Molekulların qızdırmanın təsiri altında əks istiqamətlərdə hərəkəti konveksiyanın əsasını məhz budur. Radiasiya və istilik keçiriciliyi oxşar proseslərdir, lakin onlar ilk növbədə bərk cisimlərdə istilik enerjisinin ötürülməsinə aiddir.
Konveksiyanın canlı nümunələri - qızdırılan otağın ortasında isti havanın hərəkətiməişət texnikası, qızdırılan axınlar tavanın altından hərəkət edərkən və soyuq hava döşəmənin ən səthinə enir. Buna görə də, isitmə işə salındıqda, otağın yuxarısındakı hava otağın aşağı hissəsi ilə müqayisədə nəzərəçarpacaq dərəcədə isti olur.
Arximed qanunu və fiziki cisimlərin istilik genişlənməsi
Təbii konveksiyanın nə olduğunu başa düşmək üçün Arximed qanununun nümunəsindən istifadə edərək prosesi və istilik şüalarının təsiri altında cisimlərin genişlənməsi fenomenini nəzərdən keçirmək kifayətdir. Beləliklə, qanuna görə, temperaturun artması mütləq mayenin həcminin artmasına səbəb olur. Konteynerlərdə aşağıdan qızdırılan maye daha yüksək qalxır və daha yüksək sıxlıqlı nəm müvafiq olaraq aşağı hərəkət edir. Yuxarıdan qızdırıldığı halda, getdikcə daha az sıx mayelər öz yerlərində qalacaq və bu halda fenomen baş verməyəcək.
Konseptin yaranması
"Konveksiya" termini ilk dəfə ingilis alimi Uilyam Prout tərəfindən hələ 1834-cü ildə təklif edilmişdir. O, qızdırılan, hərəkət edən mayelərdə istilik kütlələrinin hərəkətini təsvir etmək üçün istifadə edilmişdir.
Konveksiya hadisəsinin ilk nəzəri tədqiqatları yalnız 1916-cı ildə başlamışdır. Təcrübələr zamanı müəyyən edilmişdir ki, aşağıdan qızdırılan mayelərdə diffuziyadan konveksiyaya keçid müəyyən kritik temperatur qiymətlərinə çatdıqda baş verir. Daha sonra bu dəyər "Roel nömrəsi" olaraq təyin olundu. Onu tədqiq edən tədqiqatçının şərəfinə belə adlandırılmışdır. Təcrübələrin nəticələri Arximed qüvvələrinin təsiri altında istilik axınlarının hərəkətini izah etməyə imkan verdi.
Konveksiya növləri
Təsvir etdiyimiz fenomenin bir neçə növü var - təbii və məcburi konveksiya. Bir otağın ortasında isti və soyuq hava axınının hərəkətinə bir nümunə təbii konveksiya prosesini xarakterizə etmək üçün ən yaxşı üsuldur. Məcburi olaraq, mayeni qaşıq, nasos və ya qarışdırıcı ilə qarışdırarkən müşahidə edilə bilər.
Batı maddələr qızdırıldıqda konveksiya mümkün deyil. Bu, onların bərk hissəciklərinin vibrasiyası zamanı kifayət qədər güclü qarşılıqlı cazibə ilə bağlıdır. Bərk struktur cisimlərinin qızdırılması nəticəsində konveksiya və şüalanma baş vermir. İstilik keçiriciliyi bu cür cisimlərdə bu hadisələri əvəz edir və istilik enerjisinin ötürülməsinə kömək edir.
Kapilyar konveksiya adlanan ayrı bir növdür. Proses, mayenin borular vasitəsilə hərəkəti zamanı temperatur dəyişdikdə baş verir. Təbii şəraitdə belə konveksiyanın təbii və məcburi konveksiya ilə yanaşı əhəmiyyəti son dərəcə əhəmiyyətsizdir. Bununla belə, kosmik texnologiyada materialların kapilyar konveksiya, radiasiya və istilik keçiriciliyi çox əhəmiyyətli amillərə çevrilir. Çəkisiz şəraitdə hətta ən zəif konvektiv hərəkətlər bəzi texniki tapşırıqların yerinə yetirilməsini çətinləşdirir.
Yer qabığının qatlarında konveksiya
Konveksiya prosesləri yer qabığının qalınlığında qaz halında olan maddələrin təbii əmələ gəlməsi ilə ayrılmaz şəkildə bağlıdır. Yer kürəsini bir neçə konsentrik təbəqədən ibarət kürə hesab etmək olar. Tam mərkəzdə dəmir olan yüksək sıxlıqlı maye kütləsi olan kütləvi isti nüvədir.nikel, eləcə də digər metallar.
Yerin nüvəsini əhatə edən təbəqələr litosfer və yarı maye mantiyadır. Yer kürəsinin üst təbəqəsi birbaşa yer qabığıdır. Litosfer, maye mantiyanın səthi boyunca hərəkət edən, sərbəst hərəkət edən fərdi plitələrdən əmələ gəlir. Müxtəlif tərkib və sıxlıqda fərqlənən mantiyanın və süxurların müxtəlif hissələrinin qeyri-bərabər qızması zamanı konvektiv axınlar əmələ gəlir. Məhz belə axınların təsiri altında okean dibinin təbii transformasiyası və daşıyıcı qitələrin hərəkəti baş verir.
Konveksiya və istilik keçiriciliyi arasındakı fərqlər
İstilik keçiriciliyi fiziki cisimlərin atom və molekulyar birləşmələrin hərəkəti ilə istilik ötürmə qabiliyyəti kimi başa düşülməlidir. Metallar əla istilik keçiriciləridir, çünki onların molekulları bir-biri ilə sıx təmasdadır. Əksinə, qaz və uçucu maddələr zəif istilik keçiriciləri kimi çıxış edir.
Konveksiya necə baş verir? Prosesin fizikası maddələrin molekullarının kütləsinin sərbəst hərəkəti nəticəsində istiliyin ötürülməsinə əsaslanır. Öz növbəsində, istilik keçiriciliyi yalnız fiziki cismin tərkib hissəcikləri arasında enerjinin ötürülməsindən ibarətdir. Bununla belə, hər iki proses maddə hissəcikləri olmadan mümkün deyil.
Fenomen nümunələri
Konveksiyanın ən sadə və başa düşülən nümunəsi adi bir soyuducunun prosesidir. Dövriyyəsoyuducu kameranın boruları vasitəsilə soyudulmuş freon qazı havanın yuxarı təbəqələrinin temperaturunun azalmasına səbəb olur. Müvafiq olaraq, daha isti axarlarla əvəzlənən soyuqlar aşağı düşür və beləliklə də məhsullar soyuyur.
Soyuducunun arxa panelində yerləşən barmaqlıq qazın sıxılması zamanı aqreqatın kompressorunda əmələ gələn isti havanın çıxarılmasını asanlaşdıran element rolunu oynayır. Şəbəkənin soyudulması da konvektiv mexanizmlərə əsaslanır. Məhz bu səbəbdən soyuducunun arxasındakı yerləri qarışdırmaq tövsiyə edilmir. Axı, yalnız bu halda, soyutma çətinlik çəkmədən baş verə bilər.
Küləyin hərəkəti kimi təbii hadisəni müşahidə etməklə konveksiyanın digər nümunələrini görmək olar. Arid qitələrdə istiləşən və daha sərt ərazilərdə soyuyan hava axınları bir-birini sıxışdırmağa başlayır və onların hərəkətinə, həmçinin nəm və enerjinin hərəkətinə səbəb olur.
Uçan quşların və planerlərin mümkünlüyü konveksiya ilə bağlıdır. Yer səthinin yaxınlığında qeyri-bərabər istiləşmə ilə daha az sıx və daha isti hava kütlələri, yüksəlmə prosesinə kömək edən yüksələn cərəyanların meydana gəlməsinə səbəb olur. Güc və enerji sərf etmədən maksimum məsafələri qət etmək üçün quşların belə axınları tapmaq bacarığı lazımdır.
Konveksiyaya yaxşı nümunələr bacalarda və vulkanik kraterlərdə tüstü əmələ gəlməsidir. Tüstünün yuxarıya doğru hərəkəti ətraf mühitlə müqayisədə onun yüksək temperaturu və daha az sıxlığına əsaslanır. Tüstü soyuduqca, tədricən atmosferin aşağı təbəqələrinə çökür. Məhz bu səbəbdənzərərli maddələrin atmosferə buraxıldığı sənaye boruları mümkün qədər yüksək səviyyədə hazırlanır.
Təbiətdə və texnologiyada konveksiyaya ən çox rast gəlinən nümunələr
Təbiətdə, gündəlik həyatda və texnologiyada müşahidə oluna bilən ən sadə, asan başa düşülən nümunələr arasında qeyd etməliyik:
- məişət istilik batareyalarının istismarı zamanı hava axını;
- buludların əmələ gəlməsi və hərəkəti;
- küləyin, mussonların və küləklərin hərəkət prosesi;
- tektonik yer plitələrinin yerdəyişməsi;
- sərbəst qaz əmələ gəlməsinə səbəb olan proseslər.
Bişirmə
Getdikcə konveksiya fenomeni müasir məişət cihazlarında, xüsusən də sobalarda həyata keçirilir. Konveksiyalı qaz şkafı müxtəlif temperaturlarda ayrı-ayrı səviyyələrdə eyni vaxtda müxtəlif yeməklər bişirməyə imkan verir. Bu, dad və qoxuların qarışmasını tamamilə aradan qaldırır.
Ənənəvi soba havanı qızdırmaq üçün tək ocaqdan istifadə edir və nəticədə istilik qeyri-bərabər paylanır. Xüsusi bir fan köməyi ilə isti hava axınlarının məqsədyönlü hərəkəti sayəsində konveksiya sobasındakı qablar daha şirəli və daha yaxşı bişmiş olur. Bu cür cihazlar daha tez qızdırır, bu da bişirmək üçün tələb olunan vaxtı azaldır.
Təbii ki, ildə bir neçə dəfə sobada yemək bişirən evdar qadınlar üçün məişət texnikası iləkonveksiya funksiyasını birinci zəruri texnika adlandırmaq olmaz. Bununla belə, kulinariya təcrübələri olmadan yaşaya bilməyənlər üçün belə bir cihaz mətbəxdə sadəcə əvəzolunmaz olacaq.
Ümid edirik ki, təqdim olunan material sizin üçün faydalı oldu. Uğurlar!
