I.4.3. Convecția termică

👀 Experiment: Ce este convecția termică?

🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai de către profesori!

Materiale necesare:
Vas de sticlă pentru convecție (eprubetă), cristale colorate (permanganat de potasiu) sau rumeguș, suport, spirtieră, chibrit.

Descrierea experimentului:

Pune apă în vasul special și adaugă câteva cristale de permanganat de potasiu.
Încălzește apa de la fundul vasului la flacăra unei spirtiere.
Observă cum are loc încălzirea apei din vas, urmărind mișcarea cristalelor colorate.

Cristalele încep să se dizolve în apă, punând în evidență formarea curenților de apă, prin urcarea apei de la fund și coborârea apei de la suprafață, până la uniformizarea culorii.

📚

Convecția termică (denumire ce înseamnă „transport”) este propagarea căldurii în lichide și gaze, prin formarea curenților de convecție, proces care se realizează cu deplasare de substanță.

📋 Explicația formării curenților de apă:

Stratul de apă de la fundul vasului, fiind direct în flacără, se încălzește şi se dilată, mărindu-şi volumul. Deoarece densitatea unui corp este invers proporțională cu volumul acestuia (ρ = m/V), densitatea apei de la fundul vasului se micșorează astfel încât, devenind mai ușoară, ea va urca la suprafață. Apa de la suprafață, fiind rece, are densitatea mai mare şi va coborî.
Procesul se repetă până la încălzirea uniformă a apei. În toate lichidele și gazele căldura se propagă prin curenți, adică prin convecție.

👀 Experiment: Stratificarea termică pe baza densității

🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!

👀 Experiment: Curenții de aer

Materiale necesare:
Lumânare, chibrit, coală de hârtie, foarfecă, ac, ață.

Descrierea experimentului:

Desenează o spirală pe foaie și decupeaz-o cu foarfeca.

Agață de un fir spirala.
Aprinde lumânarea și vino cu spirala deasupra flăcării candelei, la o distanță de cel puțin 10cm.
Ce observi?

Spirala începe să se rotească.

Concluzia experimentului:
Aerul cald de deasupra flăcării, având densitate mai mică (este mai ușor) urcă spre spirală, iar aerul rece de sus (care este mai departe de flacără) are densitatea mai mare și coboară. Astfel iau naștere curenți de aer care rotesc spirala continuu.
Așa explicăm și încălzirea unei camere de la calorifer. Aerul de lângă calorifer se încălzește, devine mai ușor și se ridică. Aerul de sus, fiind mai rece și mai greu va coborî. Așa se formează curenții de aer, care duc la încălzirea uniformă a camerei.

🔓 Probleme rezolvate - Convecția termică

1. Te afli într-o cameră încălzită și afară este foarte frig. Deschizi uşa unei camere încălzite spre un balcon şi așezi la pragul de jos lumânarea aprinsă.

Cum este îndreptată flacăra lumânării: spre interiorul camerei sau spre exteriorul ei ?

Răspuns corect: spre interior.

2. Aşază lumânarea aprinsă la pragul de sus al ușii.

Cum este îndreptată flacăra lumânării: spre interiorul camerei sau spre exteriorul ei ?

Răspuns corect: spre exterior.

📋

Aerul cald (are densitatea mai mică, deci mai ușor și stă sus într-o cameră) iese prin partea de sus a ușii și îndreaptă flacăra spre exterior.

Aerul rece (are densitatea mai mare, deci este mai greu - stă jos într-o cameră) intră prin partea de jos și îndreaptă flacăra spre interior.

Prin urmare cu ajutorul unei lumânări ne putem da seama dacă temperatura aerului din cameră este mai mare decât temperatura aerului din exterior. Când aceste temperaturi devin egale, curenții de aer nu se mai formează.