Porovnání přenosu tepla pomocí proudění a vedení

Original page: https://atmos.uw.edu/~durrand/demos/convection_conduction.htm

Dale Durran a Yaga Beres

Účel:

Porovnat dva způsoby přenosu tepla v atmosféře: proudění a vedení

Zařízení:

Dva vysoké válcové kádinky, voda, potravinářské barvivo, 2 salsové nádoby, krátký kovový řetěz.

Včasná příprava:

Kovový řetěz je umístěn v jedné salsové nádobě. Následně se oba salsové nádoby naplní stejným množstvím vody barvené potravinářským barvivem a umístí se do mrazničky, dokud se voda nezmrzne.

Postup:

1) Dva vysoké kádinky, A a B, jsou naplněny horkou vodou (pouze 3/4 plné).

2) Kusy ledu jsou vyjmuty ze salsových nádob a pečlivě umístěny do vysokých kádinek: Led s řetězem v kádince A; led bez řetězu v kádince B.

 

Co se stalo?

 

Kádinka A
Kádinka B

Ihned:

  • Led bez řetězu plave poblíž povrchu kádinky B
  • Led s řetězem klesá na dno kádinky A

Po několika minutách:

  • V kádince A zůstává studená barevná voda blízko dna kádinky a horká čistá voda zůstává poblíž vrcholu
  • V kádince B obarvená voda z ledu rychle začne klesat a teplejší voda ze dna kádinky stoupá, aby ji nahradila

Po 30 minutách:

  • Led je stále do značné míry nelepený na dně kádinky A. Těsně nad povrchem ledu je malá vrstva barevné vody. Nad touto hladinou je voda čistá a mnohem teplejší než led (při teplotě poměrně blízké její počáteční teplotě)
  • V kádince B se veškerý led roztál a veškerá voda v kádince má stejnou teplotu a barvu

Vysvětlení:

Teplá voda je odolnější než studená voda. Protože teplá voda je pod ledem a studená voda v kádince B, teplá voda stoupá, zatímco studená voda klesá. Toto je konvekce v akci!

Naproti tomu v kádince A teplá vzestupná voda překrývá studený led. Toto je velmi stabilní uspořádání a nedochází ke konvekci. V tomto případě dochází k přenosu tepla pouze vedením.

 

Závěr:

V tekutinách, jako je voda a vzduch, je konvekce mnohem účinnějším způsobem přenosu tepla než vedení. Tento rozdíl v účinnosti způsobil dramatický rozdíl v době potřebné k roztavení ledu. Ačkoli vedení v obou případech fungovalo, přenášelo mnohem méně tepla než proudění.

 

Související odkazy:

YouTube Video