Đối lưu là gì? Phân loại và ứng dụng đối lưu ở trong cuộc sống

Đối lưu là gì? Làm thế nào để phân loại? Bức xạ nhiệt là gì? Ứng dụng của nó trong sản  xuất và đời sống là gì? Hãy cùng Digital Future tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

Đối lưu là gì?

Đối lưu thường được gọi là Convection trong tiếng Anh, đây là sự chuyển động của các nhóm hạt trong chất lỏng, chẳng hạn như chất lỏng, khí hoặc chất lỏng.

Khi đun nóng, lớp chất bên dưới dâng lên, khiến chất lỏng nguội đi xuống, tạo ra sự tuần hoàn, trộn lẫn và cuối cùng dẫn đến nhiệt độ đồng đều khắp chất. Quá trình này tiếp tục cho đến khi toàn bộ chất lỏng được làm nóng. Cơ chế đằng sau sự đối lưu là trọng lực, mật độ và lực đẩy Archimedes.

Do độ dẫn nhiệt của chất lỏng và chất khí thường nhỏ nên đối lưu là phương pháp truyền nhiệt chính trong chất lỏng vì nhiệt được truyền chủ yếu thông qua các chuyển động nhỏ của các ion và electron. Tốc độ chuyển động của chất lỏng càng lớn thì nhiệt có thể được truyền qua sự đối lưu càng nhanh.

Các dạng đối lưu

Đối lưu hiện tại được chia thành hai dạng: đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức.

Đối lưu tự nhiên: Được tạo ra bởi sự khác biệt về nhiệt độ hoặc nồng độ. Độ dốc nhiệt độ bên trong chất lỏng sẽ dẫn đến độ dốc mật độ và nếu chất lỏng có mật độ thấp ở đáy và mật độ cao ở phía trên thì do tác dụng của trọng lực, sự đối lưu tự nhiên sẽ hình thành.

Đối lưu cưỡng bức: Hình thành và tăng tốc độ đối lưu nhờ ngoại lực. Tốc độ chuyển động của chất lỏng và chất khí tăng lên rất nhiều do tác động của ngoại lực, do đó cho phép truyền nhiệt nhanh bằng đối lưu. Dựa vào tác dụng của ngoại lực, chất lỏng chuyển động theo chu kỳ nên quá trình truyền nhiệt được gọi là đối lưu cưỡng bức.

Hiện tượng đối lưu là gì?

Đối lưu là sự truyền nhiệt qua chất lỏng hoặc chất khí, hình thức truyền nhiệt chính của chất lỏng và chất khí.

Đối lưu là sự chuyển động của các bộ phận trong chất lỏng hoặc chất khí. Sự đối lưu do chênh lệch mật độ hoặc chênh lệch nhiệt độ dẫn đến thay đổi mật độ và được gọi là đối lưu tự nhiên.

Sự đối lưu do ngoại lực gây ra (như chuyển động) được gọi là đối lưu cưỡng bức. Trong trường hợp dẫn điện, các ion chuyển động cùng với chất lỏng, đây là một hình thức chuyển giao trong các phản ứng hóa học.

Bức xạ nhiệt

Truyền nhiệt bức xạ là sự truyền nhiệt qua các tia nhiệt thẳng – Hơn nữa, truyền nhiệt bức xạ có thể xảy ra trong chân không và trong môi trường chân không nhân tạo.

Lưu ý: Cơ chế truyền nhiệt bức xạ là sự hấp thụ và phát xạ năng lượng của các nguyên tử khi các electron trong chất chuyển động từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. 

Truyền nhiệt bức xạ có tính chất giống như bức xạ tuyến tính, phản xạ, nhiễu xạ… từ đó giải thích được đặc tính hấp thụ nhiệt của các chất có cấu trúc khác nhau.

Đối lưu khí quyển

Tầng đối lưu là tầng thấp nhất của khí quyển trên một số hành tinh, bao gồm cả Trái đất. Hầu hết các hiện tượng thời tiết hàng ngày mà con người trải qua đều xảy ra ở tầng đối lưu. Đặc điểm của tầng đối lưu của Trái đất được thể hiện ở sự đối lưu của không khí nóng và lạnh từ bề mặt trở lên. Thuật ngữ “tầng đối lưu” dùng để chỉ lớp đối lưu này.

Ví dụ minh họa sự đối lưu trong cuộc sống

Gió từ biển

Trên biển, khi đất liền nóng lên nhanh hơn nước, gió thổi mạnh từ biển vào đất liền trong những ngày nắng nóng. Tuy nhiên, đất cũng nguội nhanh hơn nước nên ban đêm gió thổi từ đất liền ra biển.

Đây được coi là một hiện tượng khí quyển đáng kinh ngạc và là lý do khiến bạn cảm thấy mát mẻ hơn khi nhìn ra biển vào buổi chiều, buổi tối và những ngày nắng nóng. Vào ban đêm, điều ngược lại xảy ra, với những cơn gió mát từ đất liền thổi vào.

Nước sôi

Khi đổ nước vào nồi, xoong, khi đun nóng, lớp nước ở đáy sẽ nóng lên trước. Sau đó, khi nước sôi bốc hơi thể tích giảm làm cho nước lạnh di chuyển xuống và nước nóng dâng lên. Trong một hệ thống khép kín, đến một lúc nào đó nước trong bể sẽ đạt nhiệt độ bằng nhau.

Dòng chảy đại dương

Nước dưới biển hoạt động tương tự như không khí trong khí quyển. Vùng nước ấm hơn luôn ở gần bề mặt, trong khi vùng nước mát hơn thì sâu hơn.

Hiệu ứng động lực

Nó xảy ra trong lõi nóng chảy bên trong hành tinh và mặt trời, nơi kết hợp với chuyển động quay của Trái đất, nó tạo ra dòng điện làm phát sinh từ trường Trái đất.

Năng lượng bên trong các ngôi sao

Những ngôi sao như Mặt trời là những quả cầu khí khổng lồ có nguồn năng lượng chính là heli và hydro. Cơ chế truyền năng lượng chủ yếu thông qua sự cân bằng lực và lực hút khi các hạt khí có đủ tự do di chuyển giữa các vùng bên trong các ngôi sao.

Ứng dụng đối lưu trong cuộc sống hiện nay

Điều hòa không khí

Máy điều hòa không khí được đặt gần trần của các phòng, để không khí được làm mát, đặc hơn, đi xuống và nguội nhanh chóng gần sàn nhà.

Tản nhiệt chất lỏng

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng là một thiết bị cho phép truyền nhiệt từ chất lỏng có nhiệt độ cao sang chất lỏng có nhiệt độ thấp khác. Đó chính là nguyên lý hoạt động của điều hòa và cơ chế làm mát của máy tính cá nhân và điện thoại thông minh ngày nay.

Tháp tản nhiệt

Tháp tản nhiệt, còn được gọi là tháp giải nhiệt, được sử dụng để tản nhiệt từ các cơ sở công nghiệp khác nhau như nhà máy điện hạt nhân, nhà máy lọc dầu và các khu công nghiệp khác. Tháp tản nhiệt vào khí quyển thay vì thải vào đất hoặc nước

Hy vọng bạn đã có được cái nhìn tổng quan về đối lưu, từ định nghĩa, nguyên tắc hoạt động đến các ứng dụng và ý nghĩa của nó. Hãy tiếp tục tìm hiểu thêm về chủ đề khác nhau tại Digital Future để khám phá những điều thú vị và bổ ích hơn nữa!