CONCEPT
convecția este numele unui mijloc de transfer de căldură, distins de conducere și radiație. Este, de asemenea, un termen care descrie procesele care afectează atmosfera, apele și pământul solid. În atmosferă, aerul cald se ridică pe curenții de convecție, circulând și creând nori și vânturi. De asemenea, convecția în hidrosferă circulă apa, menținând gradienții de temperatură ai oceanelor stabili., Termenul convecție se referă în general la mișcarea fluidelor, adică lichide și gaze, dar în științele pământului, convecția poate fi folosită și pentru a descrie procesele care apar pe pământul solid. Această convecție geologică, după cum se știe, conduce mișcarea plăcii care este unul dintre aspectele cheie ale tectonicii plăcilor.
cum funcționează
Introducere în convecție
unele concepte și fenomene depășesc limitele disciplinare în cadrul științelor Pământului, un exemplu fiind procesul fizic de convecție., Este de o relevanță egală pentru oamenii de știință care lucrează în științele geologice, atmosferice și hidrologice sau tărâmurile de studiu în cauză cu geosfera, atmosfera și hidrosfera, respectiv. Singura componentă majoră a sistemului terestru care nu este direct afectată de convecție este biosfera, dar având în vedere gradul ridicat de interconectare între diferite subsisteme, convecția afectează indirect biosfera din Aer, Ape și pământ solid.,convecția poate fi definită ca o circulație verticală care rezultă din diferențele de densitate cauzate în cele din urmă de diferențele de temperatură și implică transferul de căldură prin mișcarea fluidului fierbinte dintr-un loc în altul. În științele fizice, termenul fluid se referă la orice substanță care curge și, prin urmare, nu are o formă definită. Aceasta înseamnă, de obicei, lichide și gaze, dar în științele pământului se poate referi chiar și la solide care curg lent., De-a lungul marilor expansiuni ale timpului studiate de oamenii de știință ai pământului, fluxul net de solide în anumite circumstanțe (de exemplu, gheața din ghețari) poate fi substanțial.așa cum este indicat în paragraful precedent, convecția este strâns legată de căldură și temperatură și indirect legată de un alt fenomen, energia termică. Ceea ce oamenii numesc în mod normal căldură este de fapt energie termică sau energie cinetică (energia asociată cu mișcarea) produsă de molecule în mișcare una față de cealaltă.,căldura, în sensul său științific, este energia termică internă care curge de la un corp de materie la altul sau de la un sistem la o temperatură mai ridicată la un sistem la o temperatură mai scăzută. Astfel, temperatura poate fi definită ca o măsură a energiei cinetice moleculare medii a unui sistem. Temperatura reglementează, de asemenea, direcția fluxului intern de energie între două sisteme. Se spune că două sisteme la aceeași temperatură se află într-o stare de echilibru termic; atunci când se întâmplă acest lucru, nu există schimb de căldură și, prin urmare, căldura există doar în transferul între două sisteme.,nu există nici un fel de frig, doar absența căldurii. Dacă căldura există doar în tranzit între sisteme, rezultă că direcția fluxului de căldură trebuie să fie întotdeauna de la un sistem la o temperatură mai ridicată la un sistem la o temperatură mai scăzută.(Acest fapt este întruchipat în a doua lege a termodinamicii, care este discutată, împreună cu alte subiecte menționate aici, în energie și pământ.) Transferul de căldură are loc prin trei mijloace: conducere, convecție și radiație.
conducere și radiații.,conducerea implică coliziuni moleculare succesive și transferul de căldură între două corpuri în contact. De obicei apare într-un solid. Convecția necesită mișcarea fluidului dintr-un loc în altul și, așa cum am observat, poate avea loc într-un lichid, un gaz sau un solid apropiat care se comportă ca un fluid care curge lent. În cele din urmă, radiația implică unde electromagnetice și nu necesită un mediu fizic, cum ar fi apa sau aerul, pentru transfer.dacă puneți un capăt al unei tije metalice într-un foc și apoi atingeți capătul „rece” câteva minute mai târziu, veți constata că nu mai este rece., Acesta este un exemplu de încălzire prin conducere, prin care energia cinetică este trecută de la moleculă la moleculă în același mod în care un secret este trecut de la o persoană la alta de-a lungul unei linii de oameni care stau umăr la umăr. La fel cum frazarea originală a secretului devine deformată, o anumită energie cinetică se pierde inevitabil în seria transferurilor, motiv pentru care capătul tijei din afara focului este încă mult mai rece decât cel care stă în flăcări.în ceea ce privește radiația, se distinge de conducere și convecție în virtutea faptului că nu necesită nici un mediu pentru transferul său., Acest lucru explică de ce spațiul este rece, dar razele soarelui încălzesc Pământul: razele sunt o formă de energie electromagnetică și călătoresc prin radiații prin spațiu. Spațiul, desigur, este absența virtuală a unui mediu, dar la intrarea în atmosfera Pământului, căldura din razele electromagnetice este transferată în diverse medii din atmosferă, hidrosferă, geosferă și biosferă. Această căldură este apoi transferată prin convecție și conducere.
transferul de căldură prin convecție.ca și conducerea și spre deosebire de radiații, convecția necesită un mediu., Cu toate acestea, în conducere, căldura este transferată de la o moleculă la alta, în timp ce în convecție fluidul încălzit în sine se mișcă de fapt. Așa cum se întâmplă, îndepărtează sau deplasează aerul rece în calea sa. Fluxul de lichid încălzit în această situație se numește curent de convecție.convecția este de două tipuri: naturală și forțată. Creșterea aerului încălzit este un exemplu de convecție naturală. Aerul cald are o densitate mai mică decât cea a aerului mai rece din atmosfera de deasupra acestuia și, prin urmare, este plutitor; pe măsură ce crește, totuși, pierde energie și se răcește., Acest aer răcit, acum mai dens decât aerul din jurul său, se scufundă din nou, creând un ciclu repetat care generează vânt.convecția forțată apare atunci când o pompă sau alt mecanism mișcă fluidul încălzit. Exemple de aparate cu convecție forțată includ unele tipuri de cuptoare și chiar frigidere sau aparate de aer condiționat. Așa cum am menționat mai devreme, este posibil să se transfere căldura numai dintr-un rezervor de temperatură înaltă la unul cu temperatură scăzută și astfel aceste mașini de răcire funcționează prin îndepărtarea aerului cald., Frigiderul trage căldura din compartimentul său și îl expulzează în camera din jur, în timp ce un aparat de aer condiționat trage căldura dintr-o cameră sau clădire și o eliberează spre exterior.convecția forțată nu implică neapărat mașini artificiale: inima umană este o pompă, iar sângele transportă excesul de căldură generat de corp pe piele. Căldura trece prin piele prin conducție, iar la suprafața pielii este îndepărtată din corp în mai multe moduri, în primul rând prin evaporarea prin răcire a transpirației.,
aplicații în viața reală
celule Convective
aplicații în viața reală
celule Convective
un mecanism important de convecție, fie în aer, apă, sau chiar pământul solid, este celula convectivă, uneori cunoscută sub numele de celulă de convecție. Acesta din urmă poate fi definit ca modelul circular creat de creșterea lichidului încălzit și scufundarea lichidului răcit. Celulele Convective pot avea doar câțiva milimetri sau pot fi mai mari decât Pământul în sine.aceste celule pot fi observate pe o serie de scale. În interiorul unui bol de supă, lichidul încălzit se ridică și lichidul răcit scade., Aceste procese sunt de obicei greu de văzut, cu excepția cazului în care vasul în cauză se întâmplă să fie unul precum supa miso Japoneză. În acest caz, bucățile de pastă de soia sau miso pot fi observate pe măsură ce se ridică atunci când sunt încălzite și apoi coboară în interior pentru a fi încălzite din nou.la o scară mult mai mare, celulele convective sunt prezente la soare. Aceste celule vaste apar pe suprafața Soarelui ca un model granular format dinvariații de temperatură între părțile celulei., Punctele luminoase sunt partea de sus a curenților de convecție în creștere, în timp ce zonele întunecate sunt răcite cu gaz în drum spre interiorul solar, unde va fi încălzit și va crește din nou.un nor cumulonimbus, sau” thunderhead”, este un exemplu deosebit de dramatic al unei celule de convecție. Acestea sunt unele dintre cele mai remarcabile formațiuni de nori vede nimeni, și pentru acest motiv, regizorul Akira Kurosawa folosit scene ofrolling fulgere pentru a adăuga o atmosferă de calitate (literalmente) a lui 1985 epic Fugit., În doar câteva minute, aceste turnuri verticale de nor se formează pe măsură ce aerul încălzit, umed se ridică, apoi se răcește și cade. Rezultatul este un nor care pare să întruchipeze atât puterea, cât și neliniștea, prin urmare, utilizarea de către Kurosawa a norilor cumulonimbus într-o scenă care are loc în ajunul unei bătălii.
o briză de mare.
celulele Convective, împreună cu curenții de convecție, ajută la explicarea motivului pentru care există de obicei o briză la plajă. Pe litoral, desigur, există o suprafață de pământ și o suprafață de apă, ambele expuse la lumina soarelui., Sub o astfel de expunere, temperatura terenului crește mai repede decât cea a apei. Motivul este că apa are o capacitate de căldură specifică extraordinar de mare—adică cantitatea de căldură care trebuie adăugată sau îndepărtată dintr-o unitate de masă pentru ca o anumită substanță să își schimbe temperatura cu 33, 8°F (1°C). Astfel, un lac, pârâu sau ocean este întotdeauna un loc bun pentru a vă răcori într-o zi fierbinte de vară.terenul, atunci, tinde să se încălzească mai repede, la fel ca și aerul de deasupra lui., Acest aer încălzit se ridică într-un curent de convecție, dar pe măsură ce se ridică și astfel depășește atracția gravitației, consumă energie și, prin urmare, începe să se răcească. Aerul răcit se scufundă apoi. Și așa merge, cu aerul încălzit în creștere și aerul de răcire scufundarea, formând o celulă convectivă care circulă continuu aer, creând o briza.
celule CONVECTIVE sub picioarele noastre.,celulele Convective pot exista, de asemenea, în pământul solid, unde determină deplasarea plăcilor (segmentelor mobile) ale litosferei—stratul superior al interiorului Pământului, inclusiv crusta și porțiunea fragilă din partea superioară a mantalei. Astfel, ele joacă un rol în tectonica plăcilor, unul dintre cele mai importante domenii de studiu în științele pământului. Tectonica plăcilor explică o varietate de fenomene, de la deriva continentală la cutremure și vulcani. (A se vedea Placa tectonica pentru mult mai multe despre acest subiect.,în timp ce energia electromagnetică a soarelui este sursa de căldură din spatele convecției atmosferice, energia care conduce convecția geologică este geotermală, ridicându-se din miezul Pământului ca urmare a dezintegrării radioactive. (Vezi energie și pământ.) Celulele convective se formează în astenosferă, o regiune de presiune extrem de ridicată la o adâncime de aproximativ 60-215 mi. (aproximativ 100-350 km), unde rocile sunt deformate de solicitări enorme.,în astenosferă, materialul încălzit se ridică într-un curent de convecție până când atinge fundul litosferei (stratul superior al interiorului Pământului, care cuprinde crusta și partea superioară a mantalei), dincolo de care nu se poate ridica. Prin urmare, începe să se miște lateral sau orizontal și, pe măsură ce face acest lucru, trage o parte din litosferă. În același timp, acest material încălzit îndepărtează materialul mai rece și mai dens în calea sa. Materialul mai rece se scufundă mai jos în manta (stratul gros, dens de rocă, aproximativ 1,429 mi., gros, între crusta pământului și miez) până când se încălzește din nou și în cele din urmă se ridică, propagând astfel ciclul.ca și în cazul celulelor convective, subsidența poate apărea în atmosferă sau geosferă. Termenul de subsidență se poate referi fie la procesul de subsiding, din partea aerului sau a Pământului solid, fie, în cazul Pământului solid, la formarea rezultată. Prin urmare, este definit în mod diferit ca mișcarea descendentă a aerului, scufundarea solului sau o depresiune în pământ., În contextul actual vom discuta despre subsidența atmosferică, care este mai strâns legată de convecție. (Pentru mai multe despre geologicsubsidence, a se vedea intrările geomorfologie și irosirea în masă.în atmosferă, scăderea rezultă dintr-o perturbare a fluxului normal ascendent al curenților de convecție. Acești curenți pot acționa pentru a configura o celulă convectivă, așa cum am văzut, rezultând fluxul de briză. Vaporii de apă din aer se pot condensa pe măsură ce se răcește, schimbând starea într-un lichid și formând nori., Convecția poate crea o zonă de joasă presiune, însoțită de vânturi convergente, în apropierea suprafeței Pământului, un fenomen cunoscut sub numele de ciclon. Pe de altă parte, dacă apare o scădere, rezultă crearea unei zone de înaltă presiune cunoscută sub numele de anticiclon.parcelele de aer continuă să crească în curenți convectivi până când densitatea porțiunii lor superioare este egală cu cea a atmosferei înconjurătoare, moment în care coloana de aer se stabilizează., Pe de altă parte, scăderea poate apărea dacă aerul la o altitudine de câteva mii de metri devine mai dens decât aerul din jur, fără a fi neapărat mai rece sau mai umed. De fapt, acest aer este neobișnuit de uscat și poate fi cald sau rece. Densitatea sa îl face apoi să se scufunde și, așa cum o face, comprimă aerul din jurul lui. Rezultatul este o presiune ridicată la suprafață și vânturi divergente chiar deasupra suprafeței.forma de diminuare atmosferică descrisă aici produce rezultate plăcute, explicând de ce sistemele de înaltă presiune sunt de obicei asociate cu vremea frumoasă., Pe de altă parte, în cazul în care aerul subsiding stabilește pe un strat mai rece de aer, se creează ceea ce este cunoscut ca o inversiune surpare, iar rezultatele sunt mult mai puțin benefice. În această situație, un strat de aer cald devine prins între straturile mai reci deasupra și dedesubt, la o înălțime de câteva sute sau chiar câteva mii de metri. Aceasta înseamnă că poluarea aerului este prinsă și ea, creând un potențial pericol pentru sănătate. Subsidence inversiuni apar cel mai adesea în nordul îndepărtat în timpul iernii și în estul Statelor Unite în timpul sfârșitul verii.,
când un non-Fluid acționează ca un Fluid
până în acest moment am vorbit în primul rând despre convecție în atmosferă și geosferă, dar este important și în oceane. Exemplul de supă miso dat mai devreme ilustrează mișcarea fluidului și, prin urmare, a particulelor, care pot apărea atunci când o celulă convectivă este configurată într-un lichid.de asemenea, în convecția oceanică—condusă atât de căldura de la suprafață, cât și, într—o măsură mai mare, de energia geotermală din partea de jos-menține apele în circulație constantă., Convecția oceanică are ca rezultat transferul de căldură în adâncimi și menține Oceanul stratificat stabil. Cu alte cuvinte, straturile sau straturile corespunzătoare diferitelor niveluri de temperatură sunt menținute stabile și nu fluctuează sălbatic.apele oceanice se potrivesc cu cea mai comună definiție de zi cu zi a fluidului, dar după cum sa menționat la începutul acestui eseu, un fluid poate fi orice care curge—inclusiv un gaz sau, în circumstanțe speciale, un solid. Rocile solide sau gheața solidă, sub formă de ghețari, pot fi făcute să curgă dacă materialele sunt deformate suficient., Acest lucru se întâmplă, de exemplu, atunci când greutatea unui ghețar deformează gheața în partea de jos, determinând astfel ghețarul în ansamblu să se miște. De asemenea, energia geotermală poate încălzi roca și o poate face să curgă, punând în mișcare procesul convectiv al tectonicii plăcilor, descris mai devreme, care mișcă literalmente pământul.
în cazul în care pentru a afla mai multe
Ghidul educatorului pentru convecție (site-ul web). <http://www.solarviews.com/eng/edu/convect.htm>.
Erickson, Jon. Tectonica plăcilor: dezvăluirea Misterelor Pământului. New York: Fapte La dosar, 1992.Hess, Harry., „Istoria bazinelor oceanice” (site web). <http://www-geology.ucdavis.edu/~GEL102/hess/jesse.htm>.
Jones, Helen. Open-Ocean Deep Convection: un ghid de câmp (site-ul web). <http://puddle.mit.edu/~helen/oodc.html>.
Ocean Oasis Ghidul profesorului Activitatea 4 (site-ul web). <http://www.oceanoasis.org/teachersguide/activity4.html>.Santrey, Laurence și Lloyd Birmingham. Căldură. Mahwah, NJ: Troll Associates, 1985.
marcator, R. S., și Arjen Verkaik. Cer Spațios. Newton Abbot, Anglia: David și Charles, 1989.Sigurdsson, Haraldur., Topirea Pământului: istoria ideilor despre erupțiile vulcanice. New York: Oxford University Press, 1999.în 1990, a fost numit profesor de științe ale Pământului. New York: Cambridge University Press, 1981.
termeni cheie
astenosferă:
o regiune de presiune extrem de ridicată care stau la baza litosferei, unde rocile sunt deformate de solicitări enorme. Astenosfera se aflăla o adâncime de aproximativ 60-215 mi. (aproximativ100-350 km).în general, o atmosferă este o pătură de gaze care înconjoară o planetă., Cu excepția cazurilor identificate, cu toate acestea, termenul se referă la atmosfera Pământului, care este format din azot (78%), oxigen (21%), argon (0.93%), și alte substanțe, care includ vapori de apă, dioxid de carbon, ozon și gaze nobile, cum ar fi neon, care formează împreună cu 0,07%.o combinație a tuturor lucrurilor vii de pe Pământ—plante, animale, păsări, viață marină, insecte, viruși, organisme cu o singură celulă și așa mai departe-precum și toate lucrurile vii care nu s—au descompus încă.
conducție:
transferul de căldură prin coliziuni moleculare succesive., Conducerea este principalul mijloc de transfer de căldură în solide, în special în metale.
convecție:
circulație verticală care rezultă din diferențele de densitate în cele din urmă cauzate de diferențele de temperatură. Convecția implică transferul de căldură prin mișcarea fluidului fierbinte dintr-un loc în altul și este de două tipuri, naturale și forțate. (Vezi convecția naturală, convecția forțată. )
curent de convecție:
fluxul de material încălzit prin convecție.,
celule CONVECTIVE:
modelul circular creat de creșterea lichidului încălzit și scufundarea lichidului răcit. Aceasta este uneori numită celulă de convecție.centrul Pământului, o zonă care constituie aproximativ 16% din volumul planetei și 32% din masa sa. Fabricat în principal din fier și un alt element mai ușor (eventual sulf), este împărțit între un miez interior solid cu o rază de aproximativ 760 mi.(1.220 km) și un miez exterior lichid despre1,750 mi. (2.820 km) gros.,
crusta:
diviziunea cea mai de sus a Pământului solid, reprezentând mai puțin de 1% din volumul său și variind în adâncime de la 3 la 37 mi. (5 până la 60 km). Sub crustă este mantaua.în științele fizice, termenul fluid se referă la orice substanță care curge și, prin urmare, nu are o formă definită. Fluidele pot fi atât lichide, cât și gaze. În științele pământului, ocazional substanțele care par a fi solide (de exemplu, gheața din ghețari) curg, de fapt, încet.,
convecție forțată:
convecție care rezultă din acțiunea unei pompe sau a unui alt mecanism (fie că este artificial sau natural), direcționând lichidul încălzit către o anumită destinație.
geosfera:
partea superioară a scoarței continentale a Pământului sau acea porțiune a Pământului solid pe care trăiesc ființele umane și care le oferă cea mai mare parte a hranei și a resurselor naturale.
căldură:
energie termică internă care curge de la un corp de materie la altul.,hidrosfera: totalitatea apei Pământului, excluzând vaporii de apă din atmosferă, dar incluzând toate oceanele, lacurile, fluxurile, apele subterane, zăpada și gheața.
energia cinetică:
energia pe care un obiect o posedă în virtutea mișcării sale.
litosferă:
stratul superior al interiorului Pământului, inclusiv crusta și porțiunea fragilă din partea de sus a mantalei.
manta:
stratul dens de rocă, aproximativ 1,429 mi. (2.300 km) grosime, între crusta pământului și miezul său.,
convecție naturală:
convecție care rezultă din flotabilitatea fluidului încălzit, ceea ce îl determină să crească.
tectonica plăcilor:
numele atât al unei teorii, cât și al unei specializări a tectonicii. Ca domeniu de studiu, tectonica plăcilor se ocupă de trăsăturile mari ale Lito-sferei și de forțele care le modelează. Ca ateorie, explică procesele care au modelat Pământul în ceea ce privește plăcile și mișcarea lor.
plăci:
segmente mari, mobile ale litosferei.,
radiație:
transferul de energie prin intermediul undelor electromagnetice, care necesită nici un mediu fizic (de exemplu, apă sau aer) pentru transferul. Pământul primește energia soarelui prin spectrul electromagnetic prin intermediul radiației.
subsidență:
un termen care se referă fie la procesul de subsiding, din partea aerului sau a Pământului solid, fie, în cazul Pământului solid, la formarea rezultată. Surpare astfel este definit în mod diferit ca mișcarea descendentă a aerului, scufundarea de sol, sau o depresiune în scoarța terestră.,
sistem:
orice set de interacțiuni care pot fi separate mental de restul universului în scopul studiului, observării și măsurării.
tectonica:
studiul tectonismului, inclusiv cauzele și efectele sale, în special construcția montană.
TECTONISMUL:
deformarea litosferei.
temperatura:
direcția fluxului de energie internă între două sisteme atunci când se transferă căldura. Temperatura măsoară energia cinetică moleculară medie în tranzit între aceste sisteme.,
energia termică:
energia termică, o formă de energie cinetică produsă prin mișcarea particulelor atomice sau moleculare una față de cealaltă. Cu cât este mai mare mișcarea relativă a acestor particule, cu atât este mai mare energia termică.
