Konvektion ist im Großen und Ganzen die Bewegung beliebiger Moleküle durch jeden flüssigen Zustand, einschließlich Flüssigkeiten und Gasen. Es ist die primäre Form der Wärme- und Stoffübertragung auf der Erde und findet sich in vielen Systemen auf der ganzen Welt. Viele Menschen kennen es vom Heizen ihrer Lebensmittel oder ihrer Häuser und es spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Wetterbedingungen auf dem Planeten.
Es gibt zwei Hauptarten der Konvektion: erzwungene und natürliche. Erzwungene Konvektion tritt auf, wenn sich das wärmeübertragende Medium von selbst bewegt, beispielsweise wenn Luft von einem Ventilator geschoben wird. In diesem Fall wird die Wärme durch die Bewegung der Flüssigkeitsluft abgegeben, aber sie verursacht die Bewegung nicht. Manchmal wird erzwungene Konvektion auch als Wärmeadvektion bezeichnet.
Natürliche Konvektion tritt auf, wenn das die Wärme übertragende Medium durch die Wärme selbst angeregt wird, sich zu bewegen. Dies geschieht sowohl, weil sich das Medium bei der Erwärmung ausdehnt, wie bei Gasen, als auch, weil der Auftrieb die wärmere Flüssigkeit aufsteigen lässt. Diese Form wird manchmal auch als freie Konvektion bezeichnet. Die beiden Arten, erzwungen und natürlich, treten oft gleichzeitig auf, wobei die Wärme die Flüssigkeit etwas bewegt, sich aber auch aufgrund einer anderen Kraft bewegt. In diesem Fall spricht man von gemischter Konvektion.
Erzwungene Konvektion kann an vielen Orten der Welt beobachtet werden, sowohl in von Menschenhand geschaffenen Objekten als auch in der Natur. Beispielsweise zwingt ein Konvektionsofen erhitzte Luft, durch den Ofen zu zirkulieren, indem ein Ventilator verwendet wird. Obwohl sich die Luft etwas von selbst bewegen kann, ermöglicht die Kraft eine gleichmäßige Wärmeabgabe. Im menschlichen Körper ist das Kreislaufsystem ein weiteres großartiges Beispiel für erzwungene Konvektion. Blut, neben seinen vielen anderen Verwendungen, fungiert sowohl als Wärme- als auch als Kühlmittel für den Körper und wird durch das Kreislaufsystem gepresst.
Natürliche Konvektion kann am einfachsten beobachtet werden, wenn etwas über einer nicht gelüfteten Wärmequelle platziert wird, z. B. einer Heizkörperheizung. Da die Luft direkt über der Heizung erwärmt wird, steigt sie auf, da sie mehr Auftrieb hat als die kalte Luft um sie herum. Wenn Sie ein Stück Seidenpapier über die Heizung legen, werden Sie sehen, dass es durch die natürliche Luftbewegung nach oben getragen wird. In ähnlicher Weise können Sie in einer Flüssigkeit den gleichen Effekt bei der Arbeit sehen, indem Sie eine gefärbte Flüssigkeit erhitzen und sie in eine kältere Flüssigkeit einer anderen Farbe geben. Die warme Flüssigkeit steigt auf.
Konvektion spielt eine zentrale Rolle bei der Erzeugung der Meeresströmungen und hilft dadurch, die Wettermuster auf der ganzen Welt durch ein massives Konvektionssystem zu regulieren. Warme Wasserströmungen, die von der Sonne erhitzt werden, strömen vom Äquator in Richtung der Pole, und während ihrer Reise kühlen sie ständig ab und helfen ihnen, zu sinken. Dort angekommen, steigen sie auf und beginnen sich wieder zu bewegen und bilden ein riesiges Förderband, das in einigen Fällen bis zu 1,600 Jahre brauchen kann, um seine Reise zu beenden.