Reja: Issiqlik almashinish

Issiqlik o‘tkazuvchanlik jarayonini bayon qiluvchi ixcham tenglama quyidagicha ko‘rinishga ega:

Q=A·ΔT/R

bu yerda Q - uzatilayotgan issiqlik energiyasi miqdori; A - issiqlik o‘tkazgich jismning ko‘ndalang kesim yuzasi; ΔT - ikki nuqta orasidagi haroratlar farqi; R esa - materialning issiqlik qarshiligi bo‘lib, u mazkur materialning issiqlik o‘tkazishga nisbatan qanday qarshilik ko‘rsatishini ifodalaydi. Biz yuqorida keltirgan misolda, ΔT - qoshiqning sho‘rvaga botib turgan qismidagi harorat va uning tashqarida, xona haroratida turgan qismi, ya'ni, sopidagi harorat ko‘rsatkichlari ayirmasiga teng bo‘ladi. A - qoshiqning ko‘ndalang kesim yuzasi; R esa har bir metall uchun o‘ziga xos bo‘lib, maxsus ma'lumotnoma-jadvallardan aniqlanadi. Formulaga qarab shu narsani oson payqash mumkinki, haroratlar farqi va metallning ko‘ndalang kesim yuzasi qanchalik katta bo‘lsa, ushbu metall orqali shunchalik ko‘p issiqlik miqdori o‘tkaziladi. Shu bilan birga, agar haroratlar farqi va metallning ko‘ndalang kesim yuzasi ma'lum bo‘lsa, unda bunday metall orqali issiqlik o‘tkazuvchanlik ko‘rsatkichi, mazkur metallning issiqlik qarshiligiga teskari proporsional bo‘ladi. Ya'ni, metallning issiqlik qarshiligi qanchalik baland bo‘lsa, uning issiqlik o‘tkazuvchanligi shunchalik yomon bo‘ladi.

 

Konveksiya

Endi misolni sho‘rvaning qaynash jarayoniga ko‘chiramiz. Qozon ostiga olov yoqsangiz, avvaliga sho‘rvaning suvi tinch turaveradi. Bunda, issiqlik suvning issiqlik o‘tkazuvchanligi evaziga, pastki qatlamlardan yuqoriga uzatiladi. Suvning harorati ko‘tarilgani sayin, issiqlik o‘tkazish jarayoni o‘zgara boshlaydi. Chunki, endi konveksiya jarayon ishga tushadi.

Idish tubiga yaqin turgan joydagi sho‘rva suvi qizib kengayadi. Qizigan, issiq suvning solishtirma og‘irligi, qozoning yuqoriroq qatlamlarida turgan teng hajmdagi, lekin nisbatan sovuqroq suvning solishtirma og‘irligidan ko‘ra yengilroq bo‘ladi. Bu esa butun sho‘rva sistemasini muvozanatdan chiqaradi va qo‘zg‘alishga olib keladi. Natijada, qizigan va yengillashib qolgan qaynoq suv yuqoriga ko‘tariladi. Uning o‘rniga esa yuqoridan nisbatan sovuqroq suv tushib keladi.

Biroq, jarayon shugina bilan chegaralanib qolmaydi. Chunki, joy almashgan qaynoq va sovuqroq suvlar juda tezlik bilan yana o‘rin almashinishiga to‘g‘ri keladi. Sababi, idish tubiga tushib kelgan suv, u yerdagi yuqori harorat evaziga darhol qiziydi va isib, u ham yuqori ko‘tarila boshlaydi. o‘z navbatida, avvalroq tepaga chiqib olgan boyagi issiq suv ham, u yerda biroz sovib zichlashadi va og‘irlashib, yana tubga sho‘ng‘iydi. Natijada, sho‘rva sistemasi baribir beqaror holatda qolaveradi. Issiq va sovuq suv bir-birini o‘rin almashtirib, idish bo‘ylab pastga va tepaga aylanaveradi. Natijada, butun sho‘rva massasining doimiy sirkulyatsiyasi yuzaga keladi. Buning oqibatida biz qaynayotgan sho‘rvada sirkulyatsion oqimlarni kuzatamiz. Aynan o‘sha, yuqoriga-pastga sirkulyatsiyalanish jarayonini fanda konveksion toklardeyiladi. Siz oshxonada sho‘rva qaynayotganida uning yuzasiga diqqat qilsangiz, konveksiya jarayonini amalda ko‘rishingiz mumkin bo‘ladi. yoki, Buning uchun choy uchun qo‘yilgan va choynakda qaynab chiqqan suvni ham kuzatishingiz mumkin (umuman ochiq idishda qaynayotgan har qanday suvni kuzatsangiz bo‘ladi   ).

Konveksion toklar - tabiatda anchayin keng tarqalgan issiqlik almashinish usulidir. Konveksiya hodisasi yulduzlar qa'rida ham yuz beradi. Xususan, bizning yulduzimiz - Quyosh ichkarisida ham, aniqrog‘i, Quyosh yadrosi va Quyosh toji oralig‘ida favqulodda ulkan miqyosli konveksiya jarayoni boradi. Aynan ushbu jarayon Quyosh qa'rida kechayotgan termoyadro reaksiyalari natijasida ajralib chiqayotgan issiqlik energiyasini Quyosh sirtiga olib chiqadi (Quyosh o‘z energiyasini qayerdan oladi?). 150 million km naridagi Quyoshni qo‘ya turing, shundoqqina oyoq ostimizda - Yer mantiyasida ham muntazam konveksiya jarayoni boradi va uning natijasida biz plitalar tektonikasini kuzatamiz.Sayyoramiz atmosferasidagi konveksion oqimlar butun Yer yuzi bo‘ylab iqlimning qanday bo‘lishini hal qiladi desak mubolag‘a bo‘lmaydi. Atmosferadagi konveksiya jarayonlari ekvator va unga yaqin issiq hududlardan isigan havo va suv massalarini qutblar tomon tashib boradi va butun boshli mintaqalar va materiklarning iqlim xususiyatlarini belgilab beradi. Hattoki, alohida holda olingan bitta shahar miqyosida ham konveksiya juda muhim o‘rin tutadi. Siz nima sababdan shahar joylarning harorati qishloqlardagidan bir-ikki daraja baland bo‘lishini fikr qilib ko‘rganmisiz? Buning sababi ham o‘sha konveksiyaga borib taqaladi. Shaharda qizigan asfalt yuzasidan iliq havo muntazam ko‘tarilib turadi va uning o‘rniga sovuqroq havo tushib, doimiy sirkulyatsion oqim hosil qiladi. Shu sababli, katta shaharlarda, ayniqsa, avtomobil harakati zich va jadal bo‘lgan yirik megapolislarda o‘ziga xos mahalliy mikroiqlim yuzaga keladi.

Umumlashtirish o‘rnida shuni ta'kidlaymizki, konveksiya - moddaning harakati evaziga issiqlik uzatilishi jarayonini yuzaga keltiradigan jarayondir. Muayyan bir joyda issiqlikni o‘ziga yig‘ib olgan modda muhit bo‘ylab harakatlanib, issiqlikni o‘zi bilan tashib yuradi va nisbatan joyga borgach, u o‘zi tashib kelgan issiqlikni o‘sha joydagi sovuqroq moddalarga, xususan, atrof muhitga uzatadi. Konveksiya va issiqlik o‘tkazuvchanlikning bir-biridan tubdan farq qiladigan joyi aynan shunda. Ya'ni, issiqlik o‘tkazuvchanlikda issiqlikni uzatayotgan moddaning o‘zi joyidan qo‘zg‘almaydi; konveksiyada esa, issiqlikni modda o‘zi bilan tashib yuradi.