Comparaison de transfert de chaleur par convection et conduction

Original: http://www.atmos.washington.edu/~durrand/demos/convection_conduction.htm


Dale Durran et Yaga Beres

But:
Pour comparer deux méthodes de transfert de chaleur dans l’atmosphère: la convection et la conduction

Équipement:
Deux grands gobelets cylindriques, eau, colorant alimentaire, deux conteneurs de salsa, un petit morceau de chaîne en métal.

Préparation début:
La chaîne de métal est placée dans un récipient de sauce. Par la suite les deux contenants de salsa sont remplis avec des quantités égales d’eau teints par des colorants alimentaires et placé dans le congélateur jusqu’à ce que l’eau est gelée.

Procédure:
1) Deux grands béchers, A et B, sont remplis avec de l’eau chaude (3/4 seulement).

2) Des morceaux de glace sont sortis des conteneurs de salsa et soigneusement placé dans les grands béchers: La glace avec la chaîne dans le bécher A; la glace sans chaîne dans le bécher B.

Bécher A                                                   Bécher B

Immédiatement:

  •      La glace sans chaîne flotte près de la surface du bécher B
  •      La glace avec puits de chaîne au fond du gobelet A

 

Après quelques minutes:

  •      Dans le bécher A, le froid, l’eau colorée reste près du fond du bécher, et l’eau claire chaude reste près du sommet
  •      Dans le bécher B, l’eau colorée fondu de la glace commence à se enfoncer rapidement et l’eau chaude du fond du bécher hausses pour le remplacer

 Après 30 minutes:

  •      La glace est encore largement non fondu au fond du bécher A. Juste au-dessus de la surface de la glace, il ya une petite couche d’eau colorée. Au-dessus de ce niveau, l’eau est claire et beaucoup plus chaud que la glace (à une température assez proche de sa température initiale)
  •      Dans le bécher B, toute la glace a fondu, et toute l’eau dans le bécher est de la température et de couleur uniforme

 

Explication:
L’eau chaude est plus dynamique que l’eau froide. Depuis l’eau chaude est en dessous de la glace et l’eau froide dans le bécher B, l’eau chaude monte, alors que les puits d’eau froide. Ce est la convection dans l’action!

Dans le bécher A, d’autre part, l’eau chaude flottant recouvre la glace froide. Ce est un arrangement très stable, et la convection ne se produit pas. Le transfert de chaleur par conduction se produit uniquement dans ce cas.


Conclusion:

Dans les fluides tels que l’eau et l’air, la convection est un procédé beaucoup plus efficace de transfert de chaleur de conduction. Cette différence dans l’efficacité produite la différence spectaculaire du temps nécessaire pour faire fondre la glace. Bien que la conduction était au travail dans les deux cas, elle a transféré beaucoup moins de chaleur que la convection.