Hiện tượng đối lưu có ý nghĩa rất lớn với nhiều ứng dụng khác nhau. Vậy đối lưu là gì? Hiện tượng đối lưu sẽ xảy ra trong điều kiện nào? Nếu bạn đang thắc mắc về hiện tượng này, hãy cùng Vietchem tìm hiểu nhé. Các chuyên viên của Vietchem sẽ giúp bạn nắm được những điều thú vị về hiện tượng đối lưu đấy.
1. Đối lưu là gì?
1.1. Khái niệm
Ảnh 1: Đối lưu là quá trình các nhóm phân tử bên trong chất lưu di chuyển do nhiệt độ thay đổi
Trong tiếng Anh, đối lưu là Convection. Đây là khái niệm đặc biệt, chỉ sử di chuyển của các nhóm phân tử bên trong chất lưu. Có thể là chất lỏng, chất lưu biến hay chất khí. Điều này sẽ xảy ra khi có hiện tượng nhiệt độ của các bộ phận không giống nhau của chất lưu.
1.2. Giải thích chi tiết đối lưu là gì
Lúc này, chất lưu sẽ thực hiện quá trình chuyển giao nhiệt lượng thông qua tính lưu động vĩ mô tự thân của các bộ phận bên trong chất lưu. Trong chất lỏng hoặc chất khí, bộ phận khá nóng sẽ di chuyển lên cao do nó nở ra và nhẹ hơn. Bộ phận khá lạnh ngược lại sẽ đi xuống thấp.
Tất cả sẽ lưu động tuần hoàn, pha trộn lẫn các phần lạnh và nóng với nhau. Cuối cùng khiến cho nhiệt độ thuận theo được đồng đều. Do độ dẫn nhiệt của chất lưu nhỏ, nên đối lưu được coi là phương thức truyền nhiệt chủ yếu của các chất lưu.
2. Phân loại đối lưu
Đối lưu được các nhà khoa học chia thành 2 loại như sau:
2.1. Đối lưu tự nhiên
Ảnh 2: Khi ta đun nước sẽ xuất hiện hiện tượng đối lưu tự nhiên
Hiện tượng này xuất hiện do sự chênh lệch nồng độ hoặc chênh lệch nhiệt độ làm cho tình trạng biến hoá mật độ xuất hiện. Gradien nhiệt độ bên trong của chất lưu sẽ đưa đến tình trạng gradient mật độ biến hoá.
Nếu chất lưu có mật độ thấp hơn nằm ở phía dưới, phần chất lưu có mật độ cao nằm ở phía trên, trọng lực sẽ khiến chất lưu có mật độ cao ở trên di chuyển xuống dưới và ngược lại. Đây chính là sự hình thành của đối lưu tự nhiên.
2.2. Đối lưu cưỡng bức
Hiện tượng đối lưu cưỡng bức hình thành do sự tác động của ngoại lực đến chất lưu. Vận tốc lưu động của chất lỏng, chất khí càng thêm lớn khiến việc truyền nhiệt đối lưu càng nhanh hơn. Dựa vào tác động bên ngoài khiến cho các chất lưu động tuần hoàn liên tục, qua đó truyền nhiệt cho nhau chính là đối lưu cưỡng bách. Ví dụ dễ hiểu nhất chính là khi chúng ta quấy, trộn để hoà lẫn các phần chất lưu với nhau.
Ảnh 3: Việc khuấy, trộn sẽ tạo hiện tượng đối lưu cưỡng bức xuất hiện
3. Hiện tượng đối lưu dễ thấy trong cuộc sống
Dưới đây, hãy cùng với Vietchem tìm hiểu về những hiện tượng đối lưu thường gặp nhé.
3.1. Bức xạ nhiệt
Bức xạ nhiệt là hiện tượng phát ra sóng điện từ từ mọi vật có nhiệt độ cao hơn 0 độ tuyệt đối trong tự nhiên. Bức xạ biểu thị quá trình năng lượng nhiệt được chuyển đổi thành năng lượng điện từ. Đây là một trong 3 dạng truyền nhiệt cơ bản, thường gặp và có ý nghĩa trong cuộc sống.
Một số ví dụ về bức xạ nhiệt như:
- Các bức xạ mặt trời
- Sự truyền sóng điện từ của lò vi sóng
- Năng lượng ánh sáng được phát ra từ bóng đèn sợi đốt
- Sự phát tia gamma
3.2. Đối lưu không khí – Air convection
Đây là quá trình chuyển động của không khí trong khí quyển (hoặc môi trường khí) do sự khác nhau về mật độ và nhiệt độ của khí. Sự khác nhau về nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi của mật độ. Và các phần không khí nóng lạnh sẽ di chuyển, hoà trộn với nhau.
Ảnh 4: Đối lưu không khí trong tự nhiên
Quá trình này tạo ra chuyển động dòng chảy tự nhiên của không khí, được gọi là đối lưu. Nó diễn ra cả trong khí quyển cũng như trong các môi trường khí khác.
Ngoài 2 hiện tượng phổ biến kế trên, trong thực tế còn có những hiện tượng đối lưu khác. Cùng tìm hiểu nhé.
3.3. Tầng khí đối lưu
Ảnh 5: Hình ảnh mô tả chiều cao của tầng khí đối lưu so với bầu khí quyển
Tầng khí này ở vào tầng thấp nhất của khí quyển và nó chiếm khoảng 75% khối lượng khí quyền và ít nhất là 90% khối lượng hơi nước. Ranh giới phần dưới của tầng khí này nối với mặt đất của trái đất. Trong khi chiều cao của nó thuận theo thời tiết, mùa, vĩ độ địa lý mà biến hoá khác nhau.
- Chiều cao trung bình của tầng khí đối lưu ở vùng đất vĩ độ thấp là từ 17 – 18km.
- Với khu vực vĩ độ vừa, chiều cao trung bình của tầng khí đối lưu là từ 10 – 12 km.
- Còn ở khu vực địa cực, chiều cao của tầng khí đối lưu là từ 8 – 9 km.
Vào mùa hạ, chiều cao của tầng khí đối lưu sẽ cao hơn khi so với mùa đông.
3.4. Đối lưu lớp phủ
Hiện tượng này còn được biết đến với tên gọi khác là đối lưu địa mạn. Đây là chuyển động mềm, thong thả của lớp che phủ nham thạch bên ngoài của trái đất. Tình trạng này gây ra bởi đối lưu, nhiệt lượng bên trong trái đất sẽ được truyền ra mặt ngoài trái đất. Đây là một trong 3 loại lực dẫn đến sự có hình thành các mảng kiến tạo, di dời xung quanh mặt ngoài của trái đất.
4. Ứng dụng của đối lưu
4.1. Quạt đối lưu không khí
Tình trạng không gian sống kín, khó thoát là một nguyên nhân gây ô nhiễm không khí. Môi trường này tạo điều kiện cho sự phát triển nhanh chóng của nấm mốc và vi sinh vật gây hại. Điều này có thể ẩn chứa nhiều nguy cơ về các bệnh tật nguy hiểm.
Ứng dụng nguyên lý đối lưu thì quạt đối lưu có thể hỗ trợ giảm thiểu ô nhiễm không khí trong nhà một cách hiệu quả. Khi hoạt động, quạt giúp thông thoáng không khí, loại bỏ bụi bẩn và nấm mốc, từ đó cải thiện chất lượng không khí bên trong phòng.
4.2. Sấy đối lưu là gì
Công nghệ sấy đối lưu bằng nhiệt nóng là phổ biến trong việc làm khô thực phẩm, dược liệu và nhiều ứng dụng khác. Phương pháp này đưa vật liệu cần sấy tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ cao từ khí nóng hoặc khói lò.
Điểm đặc trưng của công nghệ này là việc tạo ra luồng khí vòng tuần hoàn trong buồng sấy. Luồng khí này tác động lên nguyên liệu, giúp hơi nước bốc hơi ra ngoài, làm khô vật liệu hoàn toàn. Sấy đối lưu có ưu điểm là làm khô nhanh chóng, giữ cho sản phẩm ít biến chất, ít biến dạng, không mất màu sắc và hương vị.
Cấu tạo đơn giản và nguyên lý hoạt động thông minh cũng là lý do khiến máy sấy đối lưu được ưa chuộng.
4.3. Lò nướng đối lưu là gì
Đối với lò nướng truyền thống, nhiệt độ thường phát ra từ các nguồn nhiệt, dẫn đến việc thức ăn không chín đều do sự phân bố không đồng đều của nhiệt độ trên bề mặt thức ăn. Để giải quyết vấn đề này, lò nướng trang bị quạt đối lưu. Mục tiêu của việc tích hợp quạt vào lò đối lưu là để tạo sự lưu thông liên tục của không khí nóng trong lò, đẩy không khí đến mọi khu vực của lò, giúp duy trì nhiệt độ ổn định và đồng đều, từ đó thúc đẩy quá trình chín đều và làm thơm ngon hơn cho thực phẩm.
Với bài viết này, Vietchem đã cùng bạn tìm hiểu đối lưu là gì và những hiện tượng đối lưu thú vị trong cuộc sống. Theo dõi Lab để cập nhật những thông tin hoá học thú vị nhé. Nếu có nhu cầu mua, bán hoá chất, hãy gọi ngay cho Vietchem để được tư vấn, hỗ trợ thủ tục chi tiết nhất.
