Konveksi Arus dalam Sains, Apa Itu Mereka dan Bagaimana Mereka Bekerja

Konveksi Arus dalam Sains, Apa Itu Mereka dan Bagaimana Mereka Bekerja

Arus konveksi adalah fluida mengalir yang bergerak karena ada perbedaan suhu atau kepadatan di dalam material. Karena partikel-partikel dalam padatan tetap pada tempatnya, arus konveksi hanya terlihat dalam gas dan cairan. Perbedaan suhu menyebabkan perpindahan energi dari area energi tinggi ke energi rendah.

Konveksi adalah proses perpindahan panas. Ketika arus dihasilkan, materi dipindahkan dari satu lokasi ke lokasi lain. Jadi, ini juga merupakan proses transfer massal.

Konveksi yang terjadi secara alami disebut konveksi alami atau konveksi bebas. Jika cairan diedarkan menggunakan kipas atau pompa, itu disebut konveksi paksa. Sel yang dibentuk oleh arus konveksi disebut sel konveksi atau sel Bénard.

Mengapa Konveksi Arus Membentuk?

Perbedaan suhu menyebabkan partikel bergerak, menciptakan arus. Dalam gas dan plasma, perbedaan suhu juga menyebabkan daerah dengan kepadatan lebih tinggi dan lebih rendah, di mana atom dan molekul bergerak untuk mengisi daerah dengan tekanan rendah. Singkatnya, cairan panas meningkat sementara cairan dingin meresap. Kecuali jika ada sumber energi (mis., Sinar matahari, panas), arus konveksi hanya berlanjut sampai suhu yang seragam tercapai.

Para ilmuwan menganalisis kekuatan yang bekerja pada fluida untuk mengkategorikan dan memahami konveksi. Gaya-gaya ini mungkin termasuk gravitasi, tegangan permukaan, perbedaan konsentrasi, medan elektromagnetik, getaran, dan pembentukan ikatan antar molekul. Arus konveksi dapat dimodelkan dan dijelaskan menggunakan persamaan konveksi-difusi, yang merupakan persamaan transpor skalar.

Contoh Arus Konveksi dan Skala Energi

• Anda dapat mengamati arus konveksi dalam air yang mendidih dalam panci. Cukup tambahkan beberapa kacang atau sedikit kertas untuk melacak aliran saat ini. Sumber panas di dasar panci memanaskan air, memberinya lebih banyak energi dan menyebabkan molekul bergerak lebih cepat. Perubahan suhu juga mempengaruhi kerapatan air. Saat air naik ke permukaan, beberapa di antaranya memiliki energi yang cukup untuk keluar sebagai uap. Evaporasi mendinginkan permukaan cukup untuk membuat beberapa molekul tenggelam kembali ke bagian bawah panci.
• Contoh sederhana arus konveksi adalah udara hangat yang naik ke langit-langit atau loteng rumah. Udara hangat tidak sepadat udara dingin, sehingga naik.
• Angin adalah contoh arus konveksi. Sinar matahari atau cahaya yang dipantulkan memancarkan panas, mengatur perbedaan suhu yang menyebabkan udara bergerak. Daerah teduh atau lembab lebih dingin, atau mampu menyerap panas, menambah efeknya. Arus konveksi adalah bagian dari apa yang mendorong sirkulasi global atmosfer Bumi.
• Pembakaran menghasilkan arus konveksi. Pengecualiannya adalah bahwa pembakaran di lingkungan tanpa gravitasi tidak memiliki daya apung, sehingga gas panas tidak naik secara alami, memungkinkan oksigen segar memberi makan nyala api. Konveksi minimal dalam nol-g menyebabkan banyak nyala api untuk membakar diri mereka sendiri dalam produk pembakaran mereka sendiri.
• Pada skala yang lebih besar, sirkulasi atmosfer dan samudra adalah pergerakan besar-besaran dari udara dan air (hidrosfer). Kedua proses itu bekerja bersama satu sama lain. Arus konveksi di udara dan laut menyebabkan cuaca.
• Magma dalam mantel bumi bergerak dalam arus konveksi. Inti panas memanaskan material di atasnya, menyebabkannya naik ke kerak, di mana itu menjadi dingin. Panas berasal dari tekanan kuat pada batu, dikombinasikan dengan energi yang dilepaskan dari peluruhan unsur radioaktif alami. Magma tidak bisa terus naik, sehingga bergerak horizontal dan tenggelam kembali.
• Efek tumpukan atau efek cerobong menggambarkan arus konveksi yang memindahkan gas melalui cerobong atau cerobong asap. Daya apung udara di dalam dan di luar gedung selalu berbeda karena perbedaan suhu dan kelembaban. Meningkatkan ketinggian bangunan atau tumpukan meningkatkan besarnya efek. Ini adalah prinsip dasar menara pendingin.
• Arus konveksi terlihat jelas di bawah sinar matahari. Butiran yang terlihat di foto matahari adalah bagian atas sel konveksi. Dalam kasus matahari dan bintang-bintang lainnya, fluida lebih merupakan plasma daripada cairan atau gas.

Share this post