Konveksiyon Akımları Nedir? Konveksiyon Akımları İle İlgili Bilgi

Konveksiyon akımı nedir? Konveksiyon akımları nasıl oluşur? Konveksiyon akımlarına örnekler, prensibi ile ilgili bilgi.

Bir ocakta bir ateş yandığı vakit, dumanın (çok ince yanmamış – kömür parçacıkları) bacada yükseldiği görülür. Duman parçacıklarının yükselmelerinin sebebi, içinde asılı bulundukları havanın daha sıcak olması ve dolayısıyla etraftaki havadan daha az yoğunlu olmasıdır. Havanın, ısındığı ya da soğuduğu vakit yapığı hareket, fizikçilerin konveksiyon akımları dedikleri şeyi oluşturur ve gerçekte, ısının bir yerden başka bir yere geçmesinin ana yollarından birini sağlarlar.

Konveksiyon akımlarının nasıl meydana geldiklerini anlamak için, bir akışkan cisim (bir sıvı ya da bir gaz) ısıtıldığı vakit ne olduğuna bakmak lazımdır. Akışkana geçmiş olan enerji, akışkan moleküllerinin uyarılmalarına —daha şiddetle hareket etmelerine— sebep olur ve sonuç olarak birbirlerinden daha uzağa gitmeye çalışırlar. Başka sözlerle, cisim genleşir. Genleştikçe yoğunluğu azalır, aynı miktarda cisim (meselâ bir gram) daha fazla yer kaplar. Meselâ bir gram hava, 0°C de 773 cm3 lük bir yer kaplar, halbuki 30°C ye kadar ısıtıldığı vakit, bir gram hava 858 cm3 yer kaplar. Sıcak hava, soğuk havadan daha az yoğunlu olduğundan, tıpkı yağın su üzerinde yüzmesi gibi, o da soğuk hava üzerinde yüzmeye çalışır. Sonuç, sıcak havanın yükselmesi ve soğuk havanın aşağı inmesi olur.

Konveksiyon Prensibi

Konveksiyon prensibinin, bir odanın havalandırılmasında işlediği çok açıkça görülebilir. Odadaki şahıslar devamlı surette temiz havaya muhtaç olduklarından, kullanılmış havayı (yani oksijeni azalmış ve içinde fazla karbondioksit bulunan havayı) dışarı atmak gerekir ki, temiz havaya yer açılsın. Mesela bir radyatörle ısıtılan ve tepede hafif bir açık penceresi olan ve kapısı kapalı bulunan bir odayı düşünelim. Radyatör etrafında ısınan hava, ısıtılması sonucu olarak daha az yoğunlu hale gelir ve dolayısıyla yükselmeye başlar. Böyle yaparken oda içindeki daha soğuk hava onun yerini alır. Böylece odanın üst ,tarafı alt taraftan daha sıcak hale gelir. Sıcak hava kısmen açık pencereye geldiği vakit, oradan dışarı kaçmaya çalışır. Aynı zamanda dışarıdaki soğuk hava, pencerenin alt tarafından, kapı altındaki aralıklardan, döşeme tahtaları arasından ve buna benzer yerlerden içeriye çekilir. Böylece, aşağı taraflardan odaya giren, devamlı surette radyatör tarafından ısıtılan, daha az yoğunlu hale geldiği için yükselen ve pencerenin üst tarafından çıkıp giden, devamlı bir hava cereyanı vardır. Bunlardan şu hükme varılır ki, ısıtılan bir odada hafif çekişler bulunması, eğer önlenmemişlerse, gerçekten arzu edilir. Bunlar olmazsa konveksiyon akımları, hava değişmeksizin, oda içerisinde dolaşır dururlar. Pencerelerin ve kapıların bütün aralıkları tıkanmış olduğu vakit, havanın değiştirilmesi mümkün olmaz ve odanın havası çabucak bozulur. Anlatılan bu havalandırma sisteminde, konveksiyon akımları oldukça küçük ölçekte çalışırlar. Bu cins akımlar çok daha büyük bir alanda çalışabilirler ve gerçekten rüzgârların ana sebepleri arasındadırlar.

Sıcak bir kış gününde bir deniz meltemi. Toprak denizden daha sıcaktır. Sıcak toprak üzerindeki hava yükseliyor ve denizin daha yoğunlu havası, boşalan yeri doldurmak üzere, karaya doğru geliyor.

Bunun nasıl çalıştığı, deniz kenarı bölgelerinde açıkça görülebilir. Gündüzün kara denizden daha sıcaktır (zira toprak daha çabuk ısınır) ve üzerindeki havayı ısıtmaya çalışır. Bu sıcak hava yükselir ve deniz üzerindeki daha soğuk hava onun yerine gelir ve bu hava hareketi denizden karaya doğru bir rüzgâr hasıl eder. Fakat geceleyin, kara denizden daha çabuk soğuduğundan durum tersine döner. Şimdi deniz üzerindeki hava kara üzerindekinden daha sıcaktır. Bu hava yükselirken toprak üzerindeki daha soğuk havayı çeker ve karadan denize doğru bir rüzgâr hasıl olur. Her ne kadar bu söylediğimiz mevzii bir etki ise de, büyük ölçekteki rüzgâr durumunun da ekvatordaki havanın kutuplardakinden daha fazla ısınmasından doğan konveksiyon akımlarının bir sonucu olduğunu söylemek doğru olur.

Buraya kadar sadece gazlardaki konveksiyonu anlattık, fakat konveksiyon akımlarının nasıl davrandıkları, ekseriya bir sıvı içinde daha iyi görülür. Küçük bir deney: İçi su dolu bir beherglas o tarzda konur ki, bir Bunsen bekinin aleviyle, dibinin ortası hafifçe ısıtılabilsin. Beherin dibine bir potasyum permanganat (mor bir boya) kristali bırakılır. Boya suda eridikçe, renkli bir şerit konveksiyon akımlarının hareketlerinin patronunu çizer. Alev üzerinde ısınan suyun önce yüzeye yükseldiği ve orada yavaş yavaş soğuduğu görülür. Şimdi, altındaki ısınmış sudan daha yoğunlu olduğundan beherin dış taraflarından aşağıya iner. Bu inen akım dibe vardığı vakit yeniden ısıtılır ve daha önceki gibi orta tarafta yükselir. Su hareketleri bir fıskiyedeki gibi dönerler ve ısıyı beherin içinde her tarafa dağıtırlar. Bu pencere ya da çaydanlıktaki su içinde ısının yayılması da, büyük ölçüde konveksiyon akımları vasıtasıyla olur.

Sıvılardaki konveksiyon akımlarının evlerdeki en iyi örneği, sıcak sulu kaloriferde görülür. Boruların tertibindeki teferruat biraz değişmekte beraber, projenin esası aynı kalır ve suyun ısıtıldığı kazanla sıcak suyun istif edildiği depo arasında daima bir çift boru vardır. Tipik bir tertipte, sıcak su deposunun dibinden alınan su bir boruyla aşağıya verilir ve bir soba içinde ya da bir ocağın arkasında bulunan kazanın dibine gider. Bu su kazanda ısıtılır ve daha az yoğunlu hale geldiğinden, kazanın üstündeki bir borudan sıcak deponun dibine giden bir boruda, konveksiyon vasıtasıyla yükselir. Sıcak su deposunun alt taraflarındaki su, daima üst taraftakinden daha yoğunlu olduğundan (sıcaklık farkı sebebiyle), kazana ısı verildiği müddetçe bir ısınmış su akımı devam eder.