¿Qué son las corrientes de convección?
¿Alguna vez ha puesto la mano sobre una olla con agua hirviendo? Probablemente no puedas mantenerlo ahí por mucho tiempo. Pero cuando pones tu mano junto a la misma olla, se siente perfectamente bien. ¿Por qué pasa eso? ¡Por convección!
Hay tres tipos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. La convección es un tipo de transferencia de calor que solo puede ocurrir en líquidos y gases, porque involucra a esos líquidos o gases en movimiento físico.
La convección ocurre cuando hay una diferencia de temperatura entre dos partes de un líquido o un gas. La parte caliente de un fluido se eleva y la parte más fría se hunde. Pero usemos un ejemplo para pensar por qué sucede, no sea que asumamos que el fluido tiene mente propia.
Después de un día de aprendizaje bueno y sólido, es hora de un descanso. Pones la tetera a hervir para hacer una taza de té. El hervidor calienta el agua desde el fondo, dando a las moléculas cercanas al fondo más energía cinética (energía de movimiento). Este movimiento adicional permite que las moléculas se separen un poco. Si están más separados, significa que el agua es menos densa. El agua fría es generalmente más densa que el agua caliente.
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Si pones algo menos denso dentro de algo más denso, ¿qué sucede? Bueno, intenta poner un corcho debajo del agua. No te sorprenderá verlo saltar directamente a la superficie. De la misma forma, el agua caliente del fondo del hervidor es menos densa que el agua fría que está encima, por lo que subirá a la superficie. Una vez que llega allí, se enfría nuevamente porque está más lejos del elemento calefactor. Esto hace que se vuelva más denso y se hunda.
Estos movimientos del agua son corrientes de convección, y por eso el agua hirviendo se mueve tanto. El agua se calienta y se vuelve menos densa, luego sube y se enfría, volviéndose más densa nuevamente, hasta que se hunde. Este proceso se repite una y otra vez. Y todo sucede debido a una simple diferencia de temperatura entre la parte superior e inferior del hervidor.
Entonces, hace solo un minuto, les pregunté por qué hace tanto calor encima de la olla de agua hirviendo, cuando es perfectamente cómodo poner la mano al lado. Las corrientes de convección son la razón de esto. Es porque sube el calor. Cuando pones la mano junto a la olla, estás recibiendo energía a través de otros tipos de transferencia de calor, como la conducción y la radiación. Pero no mucho. Sin embargo, encima agrega convección a la mezcla. El aire caliente se eleva literalmente hacia usted hasta su mano.
Ecuación
La convección es probablemente el más complejo de los tres tipos de transferencia de calor porque involucra fluidos caóticos. Pero todavía hay una ecuación que podemos usar para representarlo. La siguiente ecuación describe la energía térmica transferida a una superficie en un área donde ocurre la convección:
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El coeficiente de convección es solo un número que representa las propiedades de los materiales involucrados, y la diferencia de temperatura es la diferencia de temperatura entre la superficie que recibe energía térmica y la temperatura promedio del líquido; no es lo mismo que la diferencia de temperatura. entre la parte superior e inferior del líquido.
Entonces, por ejemplo: digamos que tiene una olla de 97 grados Celsius de agua hirviendo con una tapa, y esa tapa tiene una superficie de 0,1 my una temperatura de 67 grados Celsius. (Esto significa que hay una diferencia de temperatura de 97 – 67 = 30 grados). El coeficiente de convección es 20 y desea saber cuántos julios de energía se transfieren a la tapa cada segundo. Para calcular esto, multiplicaría 20 por 0,1 por 30, lo que le da 60 julios por segundo.
Ejemplos
Echemos un vistazo a algunos ejemplos. Un ejemplo de convección es el clima. Los frentes cálidos son menos densos que los frentes fríos, lo que significa que se elevarán por encima de ellos. Cuando eso sucede, el vapor de agua que contienen puede enfriarse, condensarse y volver a caer a la Tierra en forma de lluvia. Las brisas frescas del mar también son causadas por convección. En el verano, el aire sobre la tierra se calienta más fácilmente que el aire sobre el mar. Cuando este aire del interior se calienta, se eleva (convección) y el aire del mar fluye para llenar el espacio.
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¡La convección incluso ocurre dentro de la Tierra! En el núcleo exterior de la Tierra, los metales líquidos están más calientes cerca del centro de la Tierra y más fríos más lejos. Esto hace que fluyan en corrientes de convección. Estos metales líquidos contienen partículas cargadas y su movimiento crea el campo magnético de la Tierra.
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El campo magnético de la Tierra es importante. Sin él, las brújulas no apuntarían al norte, las aves no sabrían cómo volar al sur durante el invierno y no habría nada que alejara la peligrosa radiación del sol. Sin el campo magnético de la Tierra, y por lo tanto sin convección, ¡no podríamos sobrevivir en la Tierra! Incluso nos brinda una hermosa exhibición nocturna llamada Aurora Borealis (o Northern Lights).
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Resumen de la lección
La convección ocurre cuando hay una diferencia de temperatura entre dos partes de un líquido o un gas. La convección es donde la parte caliente y menos densa de un fluido se eleva y la parte más fría y densa se hunde. Este ciclo mueve el calor hacia arriba; es por eso que el calor aumenta y por qué su mano se calienta más sobre una olla de agua hirviendo en lugar de junto a ella.
Los ejemplos de convección incluyen los movimientos del metal líquido en el núcleo exterior de la Tierra, que nos da el campo magnético, y ciertos efectos climáticos como la brisa del mar y algunas fuentes de lluvia. Sin corrientes de convección, sería difícil para nosotros sobrevivir en la Tierra.
Información importante
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- Convección : un tipo de transferencia de calor que ocurre solo en líquidos y gases porque involucra a aquellos que se mueven físicamente.
| Término | Ejemplos |
|---|---|
| Clima | Los frentes cálidos son menos densos que los fríos, por lo que se elevarán por encima de ellos. Cuando eso sucede, el vapor de agua que contienen puede enfriarse, condensarse y volver a caer a la Tierra en forma de lluvia. |
| Núcleo de la tierra | Los movimientos del metal líquido en el núcleo externo de la Tierra nos dan el campo magnético |
Los resultados del aprendizaje
Después de completar esta lección, los estudiantes deberían poder:
- Enumere los tres tipos de transferencia de calor
- Citar la causa de la convección
- Escribe la ecuación que hace referencia a la energía térmica transferida a una superficie en un área en la que ocurre la convección.
- Destacar ejemplos de convección en la naturaleza.
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