Газы и жидкости — плохие проводники энергии. Но как же тогда прогревается воздух в холодном помещении, если протопить печь? Чтобы ответить на этот вопрос, проделаем опыт.

Давайте объясним этот опыт. Воздух, соприкасаясь с теплой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Сила Архимеда, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу вверх, больше, чем сила тяжести, действует на теплый воздух. Нагретый воздух поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух.

Такие же явления наблюдаются при нагревании жидкости снизу. Это станет более наглядным, если , например, в воду бросить крупинки марганцовки. Нагретые слои жидкости — менее плотные и поэтому более легкие — вытесняются вверх более тяжелыми холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается. Это видно по струям воды, окрашенным марганцовкой.

Мы наблюдаем новый вид теплопередачи — конвекцию (от латинского слова convectio — перенесение). Конвекция — это передача тепловой энергии слоями воздуха или жидкости.

Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в газах и жидкостях. Конвекция не может происходить в твердых телах. Частицы в твердых телах колеблются около своих подожений равновесия, удерживаемые сильным взаимным притяжением. Поэтому при нагревании твердых тел в них не могут образовываться потоки вещества.

В отапливаемой комнате благодаря конвекции поток теплого воздуха поднимается вверх, а холодного — опускается вниз. Поэтому у потолка комнаты теплее, а у пола — холоднее. Именно поэтому форточки делают наверху, а батареи — внизу около пола.

Нагревание жидкости в расмотренном выше опыте и движение воздуха в комнате — это естественная конвекция.

Вынужденную конвекцию будем наблюдать, например, если жидкость начать чем-то перемешивать, а в комнате поставить мощный вентилятор.

Рис. 1. Естественная конвекция

Из сказанного выше следует, что жидкости и газы следует нагревать снизу. Если их нагревать сверху, то конвекция наблюдаться не будет. Нагретые, теплые слои будут сверху, а холодные — снизу, так как подниматься вверх они не могут.