La convezione è in generale il movimento di qualsiasi molecola attraverso qualsiasi stato fluido, inclusi liquidi e gas. È la principale forma di trasferimento di calore e di massa sulla Terra e può essere trovata in molti sistemi in tutto il mondo. Molte persone lo conoscono dal riscaldamento del cibo o delle loro case e svolge anche un ruolo fondamentale nella creazione delle condizioni meteorologiche sul pianeta.
Esistono due tipi principali di convezione: forzata e naturale. La convezione forzata si verifica quando il mezzo che trasferisce il calore si muove da solo, come quando l’aria viene spinta da un ventilatore. In questo caso, il calore viene erogato dal movimento dell’aria del fluido, ma in realtà non è la causa del movimento. A volte la convezione forzata viene anche chiamata avvezione del calore.
La convezione naturale si verifica quando il mezzo che trasferisce il calore è ispirato a muoversi dal calore stesso. Ciò accade sia perché il mezzo si dilata mentre si riscalda, come nel caso dei gas, sia perché il galleggiamento fa salire il fluido più caldo. Questa forma è talvolta indicata anche come convezione libera. I due tipi, forzato e naturale, si verificano spesso contemporaneamente, dove il calore fa muovere un po’ il fluido, ma si muove anche a causa di qualche altra forza. In questo caso si parla di convezione mista.
La convezione forzata può essere vista in molti luoghi del mondo, sia negli oggetti artificiali che nel mondo naturale. Ad esempio, un forno a convezione costringe l’aria riscaldata a circolare attraverso il forno utilizzando una ventola. Sebbene l’aria possa muoversi un po’ da sola, la forza consente un’erogazione uniforme del calore. All’interno del corpo umano, il sistema circolatorio è un altro ottimo esempio di convezione forzata. Il sangue, tra i suoi molti altri usi, agisce sia come agente riscaldante che come agente refrigerante per il corpo ed è forzato attraverso il sistema circolatorio.
La convezione naturale può essere vista più facilmente posizionando qualcosa sopra una fonte di calore non ventilata, come un radiatore. Quando l’aria direttamente sopra il riscaldatore viene riscaldata, sale perché è più galleggiante dell’aria fredda che la circonda. Se metti un pezzo di carta velina sopra il riscaldatore, vedrai che verrà trasportato verso l’alto dal movimento naturale dell’aria. Allo stesso modo, in un liquido puoi vedere lo stesso effetto all’opera riscaldando un liquido colorato e posizionandolo all’interno di un liquido più freddo di un colore diverso. Il liquido caldo si alzerà.
La convezione svolge un ruolo fondamentale nella creazione delle correnti oceaniche e quindi aiuta a regolare i modelli meteorologici in tutto il mondo attraverso un massiccio sistema di convezione. Le correnti d’acqua calda, scaldate dal sole, si dirigono dall’equatore verso i poli, e mentre viaggiano si raffreddano costantemente, aiutandole ad affondare. Una volta lì, salgono e ricominciano a muoversi, formando un enorme nastro trasportatore che in alcuni casi può impiegare fino a 1,600 anni per completare il suo viaggio.