Jika anda mendekatkan tangan anda pada lampu elektrik yang dihidupkan atau meletakkan tapak tangan anda di atas dapur panas, anda boleh merasakan pergerakan arus udara panas. Kesan yang sama boleh diperhatikan apabila sehelai kertas diayunkan di atas nyalaan terbuka. Kedua-dua kesan dijelaskan melalui perolakan.
Apa itu?
Fenomena perolakan adalah berdasarkan pengembangan bahan yang lebih sejuk yang bersentuhan dengan jisim panas. Dalam keadaan sedemikian, bahan yang dipanaskan kehilangan ketumpatannya dan menjadi lebih ringan berbanding dengan ruang sejuk di sekelilingnya. Paling tepat, ciri fenomena ini sepadan dengan pergerakan haba yang mengalir apabila air dipanaskan.
Pergerakan molekul dalam arah yang bertentangan di bawah pengaruh pemanasan adalah berdasarkan perolakan. Radiasi dan kekonduksian terma adalah proses yang serupa, tetapi ia terutamanya melibatkan pemindahan tenaga haba dalam pepejal.
Contoh perolakan yang jelas - pergerakan udara hangat di tengah-tengah bilik dengan pemanasanperkakas, apabila aliran yang dipanaskan bergerak di bawah siling, dan udara sejuk turun ke permukaan lantai. Itulah sebabnya, apabila pemanasan dihidupkan, udara di bahagian atas bilik terasa lebih panas berbanding bahagian bawah bilik.
Undang-undang Archimedes dan pengembangan haba badan fizikal
Untuk memahami apa itu perolakan semula jadi, cukup untuk mempertimbangkan proses menggunakan contoh undang-undang Archimedes dan fenomena pengembangan badan di bawah pengaruh sinaran haba. Jadi, mengikut undang-undang, peningkatan suhu semestinya membawa kepada peningkatan dalam isipadu cecair. Cecair yang dipanaskan dari bawah di dalam bekas meningkat lebih tinggi, dan kelembapan dengan ketumpatan yang lebih tinggi, masing-masing, bergerak lebih rendah. Dalam kes pemanasan dari atas, semakin banyak cecair tumpat akan kekal di tempatnya, yang mana fenomena itu tidak akan berlaku.
Kemunculan konsep
Istilah "konveksi" pertama kali dicadangkan oleh saintis Inggeris William Prout pada tahun 1834. Ia digunakan untuk menerangkan pergerakan jisim terma dalam cecair yang dipanaskan dan bergerak.
Kajian teori pertama tentang fenomena perolakan bermula hanya pada tahun 1916. Semasa eksperimen, didapati bahawa peralihan daripada resapan kepada perolakan dalam cecair yang dipanaskan dari bawah berlaku apabila nilai suhu kritikal tertentu dicapai. Kemudian, nilai ini ditakrifkan sebagai "Nombor Roel". Ia dinamakan demikian sempena pengkaji yang mengkajinya. Keputusan eksperimen memungkinkan untuk menerangkan pergerakan aliran haba di bawah pengaruh kuasa Archimedes.
Jenis perolakan
Terdapat beberapa jenis fenomena yang kami huraikan - perolakan semula jadi dan paksa. Contoh pergerakan aliran udara panas dan sejuk di tengah-tengah bilik adalah cara terbaik untuk mencirikan proses perolakan semula jadi. Bagi paksa, ia boleh diperhatikan apabila mencampurkan cecair dengan sudu, pam atau pengacau.
Perolakan adalah mustahil apabila pepejal dipanaskan. Ini disebabkan oleh tarikan bersama yang agak kuat semasa getaran zarah pepejal mereka. Akibat pemanasan badan struktur pepejal, perolakan dan sinaran tidak berlaku. Kekonduksian terma menggantikan fenomena ini dalam badan tersebut dan menyumbang kepada pemindahan tenaga haba.
Konveksi kapilari yang dipanggil adalah jenis yang berasingan. Proses ini berlaku apabila suhu berubah semasa pergerakan bendalir melalui paip. Di bawah keadaan semula jadi, kepentingan perolakan sedemikian, bersama-sama dengan perolakan semula jadi dan paksa, adalah amat tidak ketara. Walau bagaimanapun, dalam teknologi angkasa, perolakan kapilari, sinaran, dan kekonduksian haba bahan menjadi faktor yang sangat penting. Malah pergerakan perolakan yang paling lemah dalam keadaan tanpa berat menyukarkan untuk melaksanakan beberapa tugas teknikal.
Perolakan dalam lapisan kerak bumi
Proses perolakan berkait rapat dengan pembentukan semula jadi bahan gas dalam ketebalan kerak bumi. Glob boleh dianggap sebagai sfera yang terdiri daripada beberapa lapisan sepusat. Di tengah-tengahnya terdapat teras panas yang besar, yang merupakan jisim cecair berketumpatan tinggi yang mengandungi besi,nikel, serta logam lain.
Lapisan sekeliling teras bumi ialah litosfera dan mantel separa cecair. Lapisan atas glob secara langsung adalah kerak bumi. Litosfera terbentuk daripada plat individu yang bergerak bebas, bergerak di sepanjang permukaan mantel cecair. Semasa pemanasan tidak sekata pelbagai bahagian mantel dan batu, yang berbeza dalam komposisi dan ketumpatan yang berbeza, aliran perolakan terbentuk. Di bawah pengaruh aliran sedemikian, perubahan semula jadi dasar lautan dan pergerakan benua galas berlaku.
Perbezaan antara perolakan dan pengaliran haba
Kekonduksian terma harus difahami sebagai keupayaan jasad fizikal untuk memindahkan haba melalui pergerakan sebatian atom dan molekul. Logam adalah konduktor haba yang sangat baik, kerana molekulnya bersentuhan rapat antara satu sama lain. Sebaliknya, bahan gas dan meruap bertindak sebagai pengalir haba yang lemah.
Bagaimanakah perolakan berlaku? Fizik proses adalah berdasarkan pemindahan haba disebabkan oleh pergerakan bebas jisim molekul bahan. Sebaliknya, kekonduksian terma terdiri semata-mata dalam pemindahan tenaga antara zarah konstituen badan fizikal. Walau bagaimanapun, kedua-dua proses adalah mustahil tanpa kehadiran zarah jirim.
Contoh fenomena
Contoh perolakan yang paling mudah dan paling mudah difahami ialah proses peti sejuk biasa. Peredarangas freon yang disejukkan melalui paip kebuk penyejukan membawa kepada penurunan suhu lapisan atas udara. Oleh itu, digantikan oleh aliran yang lebih panas, aliran yang sejuk tenggelam, sekali gus menyejukkan produk.
Parut yang terletak pada panel belakang peti sejuk memainkan peranan sebagai elemen yang memudahkan penyingkiran udara panas yang terbentuk dalam pemampat unit semasa pemampatan gas. Penyejukan grid juga berdasarkan mekanisme perolakan. Atas sebab inilah tidak digalakkan untuk mengacaukan ruang di belakang peti sejuk. Lagipun, hanya dalam kes ini, penyejukan boleh berlaku tanpa kesukaran.
Contoh perolakan lain boleh dilihat dengan memerhati fenomena semula jadi seperti pergerakan angin. Memanas di benua gersang dan menyejukkan di kawasan yang lebih keras, arus udara mula menyesarkan satu sama lain, menyebabkan mereka bergerak, serta menggerakkan kelembapan dan tenaga.
Kemungkinan burung melayang dan peluncur terikat kepada perolakan. Jisim udara yang kurang tumpat dan lebih panas, dengan pemanasan yang tidak rata berhampiran permukaan Bumi, membawa kepada pembentukan arus menaik, yang menyumbang kepada proses melonjak. Untuk mengatasi jarak maksimum tanpa menggunakan kekuatan dan tenaga, burung memerlukan keupayaan untuk mencari aliran sedemikian.
Contoh perolakan yang baik ialah pembentukan asap dalam cerobong asap dan kawah gunung berapi. Pergerakan ke atas asap adalah berdasarkan suhu yang lebih tinggi dan ketumpatan yang lebih rendah berbanding dengan persekitarannya. Apabila asap menyejuk, ia secara beransur-ansur mendap ke lapisan bawah atmosfera. Tepat kerana sebab inipaip industri, yang melaluinya bahan berbahaya dilepaskan ke atmosfera, dibuat setinggi mungkin.
Contoh perolakan yang paling biasa dalam alam semula jadi dan teknologi
Antara contoh paling ringkas dan mudah difahami yang boleh diperhatikan dalam alam semula jadi, kehidupan seharian dan teknologi, kita harus menyerlahkan:
- aliran udara semasa pengendalian bateri pemanasan isi rumah;
- pembentukan dan pergerakan awan;
- proses pergerakan angin, monsun dan bayu;
- anjakan plat bumi tektonik;
- proses yang membawa kepada pembentukan gas bebas.
Memasak
Semakin lama, fenomena perolakan direalisasikan dalam perkakas rumah moden, khususnya dalam ketuhar. Kabinet gas dengan perolakan membolehkan anda memasak hidangan berbeza pada masa yang sama pada tahap berasingan pada suhu yang berbeza. Ini menghapuskan sepenuhnya percampuran rasa dan bau.
Ketuhar tradisional bergantung pada satu penunu untuk memanaskan udara, mengakibatkan pengagihan haba tidak sekata. Oleh kerana pergerakan aliran udara panas dengan bantuan kipas khusus, hidangan dalam ketuhar perolakan ternyata lebih berair dan lebih baik dibakar. Peranti sedemikian lebih cepat panas, yang mengurangkan masa yang diperlukan untuk memasak.
Sudah tentu, bagi suri rumah yang memasak di dalam ketuhar hanya beberapa kali setahun, perkakas rumah denganfungsi perolakan tidak boleh dipanggil teknik keperluan pertama. Walau bagaimanapun, bagi mereka yang tidak boleh hidup tanpa eksperimen masakan, peranti sedemikian akan menjadi sangat diperlukan di dapur.
Kami berharap bahan yang disampaikan berguna kepada anda. Semoga berjaya!
