Konvektion

Bei der Konvektion wird die Wärme aktiv durch eine strömende Flüssigkeit oder ein Gas übertragen und ist mit Materietransport verbunden.


Erklärung

  • Konvektion ist mit Materietransport verbunden, da die Wärme durch eine strömende Flüssigkeit oder ein strömendes Gas übertragen wird.
  • Die Wärme wird in Form von innerer Energie oder als Enthalpie übertragen .
  • Da die Strömung auch mechanisch erzeugt werden kann, kann Konvektion auch von einem kalten Reservoir zu einem warmen Reservoir geschehen.

Einfache Vorstellung

Erhitzt man die Luft an einem Punkt in einem Raum, so verteilt sich diese warme Luft nach und nach im ganzen Zimmer. Diesen Vorgang nennt man freie Konvektion. Die Wärme wird durch die Luftströmung verteilt.

Durch den Einsatz von Pumpen oder Ventilatoren könnnen künstliche Strömungen erzeugt werden, die ein Gas oder eine Flüssigkeit in Bewegung setzen, und somit einen Wärmetransport herbeiführen. Dies nennt man erzwungene Konvektion.


Beispiele

Prozesse der Konvektion

Nenne je 2 physikalische Vorgänge, wo freie Konvektion bzw. erzwungene Konvektion auftritt oder eingesetzt wird.

Antwort:

Freie Konvektion
  • Das gesamte Wetter beruht auf freier Konvektion. Die Sonne erhitzt bestimmte Luftbereiche, danach wird es durch Bewegung der Luftteilchen allerdings überall wärmer.
  • Ein Topf Wasser auf einer Herdplatte wird erhitzt. Die Wassermoleküle unten im Topf, werden durch die Wärmezufuhr von unten erhitzt. (An dieser Grenzsschicht tritt größtenteils Wärmeleitung auf). Durch freie Konvektion verteilt sich die Wärme im gesamten Topf.
Erzwungene Konvektion
  • Warmes Wasser wird durch eine Pumpe in alle Heizkörper eines Hauses transportiert. Die Wärme wird also über das in Bewegung versetzte Wasser verteilt.
  • Bei einem Föhn wird heiße Luft in Bewegung versetzt, um die Haare zu trocknen.

Heizkörper

Überlege dir einen Grund, warum in einem Haus die Heizkörper meist unterhalb der Fenstern angebracht sind?

Antwort

An den Fenstern kühlt sich im Winter durch schlechte Wärmedämmung die Luft sehr schnell ab. Auch diese kalte Luft wird sich durch Konvektion sehr schnell im Raum verteilen.

In diesem Fall sinkt die Luft an den Fenstern ab, (kalte Luft sinkt aufgrund der höheren Dichte), und erzeugt so einen Konvektionsstrom am Boden. Dieser wird an den Füßen schnell unangenehm. Durch den Heizkörper direkt unter dem Fenster wird versucht, die kalte Luft direkt beim absinken wieder zu erwärmen.

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