Convectie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Convection cells-nl.png
In de lucht die door een stoof stroomt treedt een vorm van convectie op. Opgewarmde (lichtere) lucht stijgt binnenin de stoof naar boven om dan langs het te verhitten voorwerp weg te stromen. Dit zorgt voor een aanzuigende werking aan de onderkant, waardoor (koude) lucht naar binnen wordt gezogen. Dit systeem vormt slechts een halve convectiecel, de cel zou compleet zijn als de warme lucht weer af zou koelen en naar beneden stromen.

Convectie is een mechanisme voor warmtestroming door verplaatsing van materiaal. Dit kan plaatsvinden doordat een verschil in temperatuur een verschil in dichtheid veroorzaakt, maar ook door een drukverschil. In het laatste geval is sprake van gedwongen convectie.

Technische toepassingen[bewerken]

Convectie wordt in de techniek gebruikt in bijvoorbeeld de radiator van een centrale verwarming. Bij conventionele kachels treedt ook vooral convectie op om een ruimte te verwarmen. Dit is ook het geval bij radiatoren. Ook al lijkt de naam radiator erop te wijzen dat er vooral warmtestraling geleverd wordt, dit is onjuist, er treden luchtstromingen op die de warmte door de ruimte verspreiden. De luchtstromingen treden op in cellen (zie afbeeldingen). Deze stromingen zijn er ook de oorzaak van dat op sommige plekken op een radiator veel stof neerdaalt. Omdat een dikke laag stof de warmte isoleert, verdient het aanbeveling de radiatoren regelmatig schoon te maken.

Voorbeelden van convectie in de natuur[bewerken]

Grootschalige convectie treedt in de Aarde op in de vaste aardmantel en de vloeibare buitenkern. Convectie in de mantel is de drijvende kracht achter de platentektoniek. De omhooggerichte convectiestroom in de mantel is een zuilsgewijze stijging van materiaal uit de asthenosfeer tot aan de lithosfeer, aangedreven door een warmtegradiënt. Aan het aardoppervlak veroorzaakt zo'n omhooggerichte warmtestroom een hotspot. Er kan als gevolg vulkanisme en verzwakking van de lithosfeer plaatsvinden. Dat laatste kan leiden tot extensietektoniek.

In de atmosfeer komt ook door warmteverschillen gedreven convectie voor. De atmosferische circulatie kan beschreven worden door zogenaamde "circulatiecellen", dit zijn in feite convectiecellen waarin lucht rondstroomt. Zo treedt atmosferische convectie op waar warme, vaak vochtige, lucht in thermiekbellen van de door de zon verwarmde bodem opstijgt. Op een andere plek daalt koude lucht juist af naar beneden. Convectiestromen zijn dus altijd gesloten. De grotendeels gesloten circulatiecellen zorgen voor warmte- en watertransport binnen de atmosfeer.

Natuurkunde[bewerken]

In de natuurkunde is convectie ook de warmteoverdracht tussen een oppervlak en een fluïdum, dit via warmte meegetransporteerd met het bewegende fluïdum. Er zijn twee vormen van convectie:

  • gedwongen convectie, met behulp van ventilator of pomp;
  • vrije convectie, de vloeistof beweegt zonder externe bron, door het dalen van de massadichtheid van het fluïdum (door het stijgen van de temperatuur), bijvoorbeeld een radiator.

Dit fenomeen wordt beschreven door de wet van Fourier

\frac{Q}{A}=h \Delta T

h: convectiecoëfficiënt (in \frac{W}{m^2 K});

A: convectie-oppervlak;

Q: warmtetransport;

\Delta T: temperatuursverschil;

Enkele cijfers:

  • vrije convectie, metaal>lucht: 5-20 W/(m²•K)
  • gedwongen convectie, metaal>lucht: 25-250 W/(m²•K)

Zie ook[bewerken]