Dòng đối lưu đang chảy chất lỏng đang di chuyển vì có sự khác biệt về nhiệt độ hoặc mật độ trong vật liệu.
Bởi vì các phân tử bên trong chất rắn được cố định tại một chỗ, dòng đối lưu chỉ được nhìn thấy trong chất khí và chất lỏng. Sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến sự truyền năng lượng từ vùng có năng lượng cao hơn sang vùng có năng lượng thấp hơn.
Đối lưu là một quá trình truyền nhiệt. Khi dòng điện được tạo ra, vật chất được di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác. Vì vậy, đây cũng là một quá trình truyền khối lượng.
Đối lưu xảy ra tự nhiên được gọi là đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu tự do . Nếu chất lỏng được lưu thông bằng quạt hoặc máy bơm, nó được gọi là đối lưu cưỡng bức . Tế bào được hình thành bởi các dòng đối lưu được gọi là tế bào đối lưu hoặc tế bào Bénard .
Sự chênh lệch nhiệt độ làm cho các hạt di chuyển, tạo ra dòng điện. Trong chất khí và plasma, sự chênh lệch nhiệt độ cũng dẫn đến các vùng có mật độ cao hơn và thấp hơn, nơi các nguyên tử và phân tử di chuyển để lấp đầy các vùng có áp suất thấp.
Tóm lại, chất lỏng nóng dâng lên trong khi chất lỏng lạnh chìm xuống. Trừ khi có nguồn năng lượng (ví dụ: ánh sáng mặt trời, nhiệt), các dòng đối lưu chỉ tiếp tục cho đến khi đạt được nhiệt độ đồng nhất.
Các nhà khoa học phân tích các lực tác dụng lên chất lỏng để phân loại và hiểu về sự đối lưu. Những lực lượng này có thể bao gồm:
- Trọng lực
- Sức căng bề mặt
- sự khác biệt về nồng độ
- Điện trường
- Rung động
- Sự hình thành liên kết giữa các phân tử
Các dòng đối lưu có thể được mô hình hóa và mô tả bằng cách sử dụng các phương trình khuếch tán đối lưu, là các phương trình vận chuyển vô hướng.
- Bạn có thể quan sát dòng đối lưu trong nước sôi trong nồi. Đơn giản chỉ cần thêm một vài hạt đậu hoặc mẩu giấy để theo dõi dòng chảy hiện tại. Nguồn nhiệt ở đáy chảo làm nóng nước, tạo ra nhiều năng lượng hơn và khiến các phân tử chuyển động nhanh hơn. Sự thay đổi nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến mật độ của nước. Khi nước dâng lên trên bề mặt, một phần của nó có đủ năng lượng để thoát ra dưới dạng hơi. Sự bay hơi làm nguội bề mặt đủ để khiến một số phân tử chìm trở lại đáy chảo một lần nữa.
- Một ví dụ đơn giản về dòng đối lưu là không khí ấm áp bay lên trần nhà hoặc tầng áp mái của một ngôi nhà. Không khí ấm ít đậm đặc hơn không khí mát nên nó bay lên.
- Gió là một ví dụ về dòng đối lưu. Ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng phản xạ tỏa nhiệt, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ khiến không khí chuyển động. Những khu vực râm mát hoặc ẩm ướt sẽ mát hơn hoặc có thể hấp thụ nhiệt, làm tăng thêm hiệu ứng. Dòng đối lưu là một phần của những gì thúc đẩy sự lưu thông toàn cầu của bầu khí quyển Trái đất.
- Quá trình đốt cháy tạo ra dòng đối lưu. Ngoại lệ là quá trình đốt cháy trong môi trường không trọng lực thiếu lực nổi, vì vậy khí nóng không tự nhiên bốc lên, cho phép oxy tươi cung cấp cho ngọn lửa. Sự đối lưu tối thiểu trong 0-g khiến nhiều ngọn lửa tự dập tắt trong các sản phẩm đốt cháy của chính chúng.
- Hoàn lưu khí quyển và đại dương lần lượt là sự chuyển động quy mô lớn của không khí và nước (thủy quyển). Hai quá trình làm việc kết hợp với nhau. Dòng đối lưu trong không khí và biển dẫn đến thời tiết.
- Magma trong lớp phủ của Trái đất di chuyển theo dòng đối lưu. Lõi nóng làm nóng vật liệu bên trên nó, khiến nó nổi lên về phía lớp vỏ, nơi nó nguội đi. Nhiệt sinh ra từ áp suất mạnh lên đá, kết hợp với năng lượng giải phóng từ quá trình phân rã phóng xạ tự nhiên của các nguyên tố. Magma không thể tiếp tục tăng lên, vì vậy nó di chuyển theo chiều ngang và chìm xuống.
- Hiệu ứng ngăn xếp hoặc hiệu ứng ống khói mô tả các dòng đối lưu di chuyển khí qua ống khói hoặc ống khói. Sức nổi của không khí bên trong và bên ngoài tòa nhà luôn khác nhau do chênh lệch nhiệt độ và độ ẩm. Tăng chiều cao của một tòa nhà hoặc ngăn xếp làm tăng cường độ của hiệu ứng. Đây là nguyên tắc mà tháp giải nhiệt dựa trên.
- Các dòng đối lưu thể hiện rõ trong mặt trời. Các hạt nhìn thấy trong quang quyển của mặt trời là đỉnh của các tế bào đối lưu. Trong trường hợp của mặt trời và các ngôi sao khác, chất lỏng là plasma chứ không phải chất lỏng hoặc chất khí.