Конвекция

Подогрев жидкости (рис. 58, а) приводит к тому, что она расширяется и более лёгкая жидкость поднимается, образуя конвекционную струю. На рисунке стрелками показано движение струй жидкости.

В газах образуется не струя, а пузырь (рис. 58, б), в котором температура выше, чем в окружающей среде. Размер пузыря зависит от физических условий. Например, в конвективной зоне Солнца его диаметр достигает 700—800 км. Нагретый воздух легче и поднимается под действием силы Архимеда. При подъ­ёме давление в окружающей среде уменьшается и пузырь рас­ширяется. Поскольку теплопроводность газа мала, пузырь рас­ширяется адиабатически, и температура в нем падает.

Адиабатический гра­диент

Если проследить за отдельным пузырём и фиксировать изменение температуры в нем в зависимости от положения пузыря, то обнаружится, что определённый таким образом градиент тем­пературы имеет строго определённое значение в зависимости от физических условий (температуры, плотности химического состава вещества) — значение, называемое адиабатическим гра­диентом.

Если градиент температуры окружающего газа больше ади­абатического, то по мере подъёма газ в пузыре остаётся более горячим, чем окружающий газ, и пузырь продолжает подни­маться. Если же температура окружающей среды падает мед­ленно (градиент температуры меньше адиабатического), то пу­зырь быстро сливается с окружающим газом, и конвекция не возникает. При развитой конвекции значение градиента тем­пературы только на малую величину превышает адиабатиче­ский градиент. Пузырь в процессе движения разрушается, пе­редавая свою энергию окружающей среде.

Каждый из нас встречался с конвекцией достаточно часто. Ниже приведено несколько примеров. Материал с сайта http://wiki-what.com

Посмотрите на закипающую, но ещё не закипевшую воду в кастрюле. Движение воды в ней и есть конвекция в жидкости. Труднее увидеть конвекцию в газах, но и это возможно. В жаркий летний день Солнце на­гревает почву, которая, в свою очередь, нагревает воздух. Гра­диент температуры в воздухе достаточно большой, и пузырь, оторвавшись, поднимается вверх. Его не видно, но когда тем­пература в пузыре падает до точки росы, начинается конден­сация воды и появляется облако. Астроному известно прояв­ление конвекции на Солнце — это грануляция. Каждая гранула представляет собой горячий пузырь, вернее его верхнюю часть, выходящую на поверхность Солнца.