Corrientes de Convección y Cómo Funcionan

Las corrientes de convección son fluidos que fluyen que se mueven porque hay una diferencia de temperatura o densidad dentro del material.

Debido a que las partículas dentro de un sólido están fijas en su lugar, las corrientes de convección solo se ven en gases y líquidos. Una diferencia de temperatura conduce a una transferencia de energía de un área de mayor energía a una de menor energía.

La convección es un proceso de transferencia de calor. Cuando se producen corrientes, la materia se mueve de un lugar a otro. Así que este es también un proceso de transferencia de masa.

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La convección que ocurre naturalmente se llama convección natural o convección libre. Si un fluido circula usando un ventilador o una bomba, se llama convección forzada. La celda formada por corrientes de convección se llama célula de convección o Célula de Bénard.

Por Qué Se Forman

Una diferencia de temperatura hace que las partículas se muevan, creando una corriente. En los gases y el plasma, una diferencia de temperatura también conduce a regiones de mayor y menor densidad, donde los átomos y las moléculas se mueven para llenar áreas de baja presión.

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En resumen, los líquidos calientes suben mientras que los líquidos fríos se hunden. A menos que esté presente una fuente de energía (por ejemplo, luz solar, calor), las corrientes de convección continúan solo hasta que se alcanza una temperatura uniforme.

Los científicos analizan las fuerzas que actúan sobre un fluido para categorizar y comprender la convección. Estas fuerzas pueden incluir:

• Gravedad
• Tensión superficial
• Diferencias de concentración
• Campos electromagnéticos
• Vibraciones
• Formación de enlaces entre moléculas

Las corrientes de convección se pueden modelar y describir usando ecuaciones de convección-difusión, que son ecuaciones de transporte escalar.

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Ejemplos de Corrientes de Convección y Escala de Energía

• Puedes observar corrientes de convección en agua hirviendo en una olla. Simplemente agregue unos guisantes o trozos de papel para rastrear el flujo de corriente. La fuente de calor en el fondo de la sartén calienta el agua, le da más energía y hace que las moléculas se muevan más rápido. El cambio de temperatura también afecta la densidad del agua. A medida que el agua sube hacia la superficie, parte de ella tiene suficiente energía para escapar en forma de vapor. La evaporación enfría la superficie lo suficiente como para hacer que algunas moléculas se hundan nuevamente hacia el fondo de la sartén.
• Un ejemplo simple de corrientes de convección es el aire caliente que se eleva hacia el techo o el ático de una casa. El aire caliente es menos denso que el aire frío, por lo que se eleva.
• El viento es un ejemplo de corriente de convección. La luz solar o la luz reflejada irradian calor, estableciendo una diferencia de temperatura que hace que el aire se mueva. Las áreas sombreadas o húmedas son más frías o pueden absorber calor, lo que aumenta el efecto. Las corrientes de convección son parte de lo que impulsa la circulación global de la atmósfera terrestre.
• La combustión genera corrientes de convección. La excepción es que la combustión en un entorno de gravedad cero carece de flotabilidad, por lo que los gases calientes no se elevan naturalmente, lo que permite que el oxígeno fresco alimente la llama. La convección mínima en cero-g hace que muchas llamas se asfixien en sus propios productos de combustión.
• La circulación atmosférica y oceánica son el movimiento a gran escala del aire y el agua (la hidrosfera), respectivamente. Los dos procesos funcionan en conjunto entre sí. Las corrientes de convección en el aire y el mar conducen al clima.
• El magma en el manto de la Tierra se mueve en corrientes de convección. El núcleo caliente calienta el material que está sobre él, lo que hace que se eleve hacia la corteza, donde se enfría. El calor proviene de la intensa presión sobre la roca, combinada con la energía liberada por la desintegración radiactiva natural de los elementos. El magma no puede seguir subiendo, por lo que se mueve horizontalmente y se hunde hacia abajo.
• El efecto chimenea o efecto chimenea describe corrientes de convección que mueven gases a través de chimeneas o conductos de humos. La flotabilidad del aire dentro y fuera de un edificio siempre es diferente debido a las diferencias de temperatura y humedad. Aumentar la altura de un edificio o pila aumenta la magnitud del efecto. Este es el principio en el que se basan las torres de refrigeración.
• Las corrientes de convección son evidentes en el sol. Los gránulos que se ven en la fotosfera del sol son las partes superiores de las células de convección. En el caso del sol y otras estrellas, el fluido es plasma en lugar de un líquido o gas.