Soojusülekanne ilma konvektsioonita - arvutisimulatsioon

Käivita arvutisimulatsioon ja jälgi, kuidas levib soojus gaasis ja tahkises, kui konvektsioon ei käivitu. Vasta küsimustele.

What are we talking about here

Tavaliselt käivitub konvektsioon gaasides ja vedelikes kohe, kui kütteallikas sisse lülitada, ent alati ei pruugi see nii olla. Me saame oma maja kütta nii, et konvektsioon käivitub, aga ka nii, et konvektsioon ei käivitu. Esimesel juhul asub küttekeha põranda lähedal, teisel juhul lae lähedal. Ka vett saab keeta „valesti," kuumutades seda mitte alt vaid ülevalt.

How we investigate

Simulatsiooni vasakus pooles on gaasiga täidetud anum, paremal samasuguse kujuga tahkis. Küttekeha asub anuma/tahkise ülaservas. Näha on ka graafik, mille peale on märgitud temperatuurimuutuus kahes samal kõrgusel asuvas punktis. Nende punktide („termomeetrite") asukohta saab hiire abil muuta.

Käivita simulatsioon. Jälgi punasega tähistatud soojade piirkondade levikut ning temperatuuride graafikuid.

Miks me niimoodi küsime? Veel kord ujumise ja uppumise mehaanikast

Eespool rääkisime vee tihedusest ja sellest, et erinevalt enamikest ainetest vajub soojem vesi null kraadi läheduses veekogu põhja. Selle selgitamiseks tuletasime meelde mehaanika kursuses õpitut: kehad, mille tihedus on vee tihedusest suurem, vajuvad põhja. Lisaks ütlesime, et niimoodi võib mõelda ka veest endast: kui mingi temperatuuriga vee tihedus on suurem mõne teise temperatuuriga vee tihedusest, siis suurema tihedusega vesi koguneb veekogu põhja.

„Põhja vajumist" nimetame nüüd konvektsiooniks.

Lisame, et ka gaasid voolavad, ning sama kaalutlus kehtib ka nende korral: suurema tihedusega gaas koguneb allapoole, näiteks põranda lähedusse. Erinevalt aga veest on gaasid reeglina „normaalsed," st suurem tihedus tähendab madalamaid temperatuure. Seega koguneb külmem õhk põranda lähedale.

Kui nüüd kütta näiteks tuba lae alt, siis nii see ka jääb: külmem õhk on all, soojem üleval; õhu ümberpaiknemiseks ehk konvektsiooni tekkimiseks ei ole mingit põhjust. Jääb vaid soojusjuhtivus.