Arus konveksi adalah arus listrik yang terjadi karena pergerakan partikel positif dan negatif dalam cairan atau gas. Arus konveksi terjadi karena adanya perbedaan temperatur atau konduktivitas listrik pada dua bagian suatu cairan atau gas. Perbedaan temperatur atau konduktivitas listrik akan menyebabkan pergerakan partikel positif dan negatif, yang menghasilkan arus listrik.
Contoh dari arus konveksi adalah arus listrik pada cairan panas, seperti larutan logam atau larutan elektrolit. Saat suatu cairan panas bereaksi dengan logam atau elektrolit, akan terjadi perbedaan konduktivitas listrik pada dua bagian cairan tersebut. Perbedaan konduktivitas listrik akan menyebabkan pergerakan partikel positif dan negatif, yang menghasilkan arus listrik.
Arus konveksi juga dapat terjadi pada gas, seperti udara. Saat udara panas bereaksi dengan ion positif atau negatif, akan terjadi perbedaan konduktivitas listrik pada dua bagian udara tersebut. Perbedaan konduktivitas listrik akan menyebabkan pergerakan partikel positif dan negatif, yang menghasilkan arus listrik.
Arus konveksi memiliki peran penting dalam beberapa bidang, seperti listrik dan elektronik, kimia, dan geofisika. Saat sinar X atau gamma bereaksi dengan bahan, sebagian energi sinar X atau gamma akan dipindahkan kepada elektron pada bahan tersebut, yang menyebabkan pergeseran frekuensi sinar X atau gamma. Pergeseran frekuensi ini dapat digunakan untuk mengukur keberadaan dan jumlah atom pada suatu bahan.
Selain itu, arus konveksi juga dapat digunakan untuk mengukur kecepatan partikel subatomik, seperti proton dan neutron. Saat partikel subatomik bereaksi dengan sinar X atau gamma, akan terjadi pergeseran frekuensi sinar X atau gamma yang dapat digunakan untuk mengukur kecepatan partikel subatomik.
Apa itu Konveksi?
Konveksi adalah proses perpindahan panas oleh pergerakan fluida (gas atau cair) antar daerah dengan temperatur yang berbeda. Jika konveksi terjadi secara alami maka disebut konveksi alami atau konveksi bebas. Jika konveksi paksa terjadi, katakanlah, jika fluida diperedarankan menggunakan pompa atau kipas, itu disebut konveksi paksa.
Apa itu Arus Konveksi?
Arus konveksi dihasilkan oleh perbedaan densitas fluida yang terjadi karena gradien temperatur. Aktivitas yang dihasilkan dari penggantian terus menerus dari fluida yang dipanaskan di daerah sumber panas oleh fluida yang lebih dingin di dekatnya disebut arus konveksi alami. Panas dan perpindahan massa yang ditingkatkan karena arus konveksi alami ini disebut perpindahan panas dan massa konveksi alami.
Dalam konveksi alami, panas dan materi dikatakan berpindah dari satu lokasi ke lokasi lainnya. Arus konveksi terkait dengan konveksi alami di mana gerakan fluida terjadi secara alami seperti daya apung (Optimisme).
Arus konveksi tidak dapat terjadi dalam padatan karena partikel di dalam padatan tidak dapat mengalir dengan mudah dan sebagian besar pergerakan bebas terutama karena perbedaan densitas yang disebabkan karena perpindahan panas yang besar antara pelat.
Contoh Arus Konveksi:
1. Kulkas:
Dalam kasus lemari es, unit freezer ada di atasnya. Alasan utamanya adalah udara hangat yang ada di dalam lemari es akan naik ke atas dan udara dingin di titik freezer akan bergerak ke bawah dan akan menjaga bagian bawah lemari es dalam kondisi hangat.
2. Badai Petir:
Badai petir dapat menjadi contoh terbaik dari arus konveksi. Air hangat di udara naik ke atas dan berubah menjadi tetesan air jenuh yang membentuk awan. Dalam proses ini, awan yang lebih kecil bertemu satu sama lain dan karenanya awan yang lebih besar terbentuk. Badai petir atau awan cumulonimbus terbentuk saat mencapai tahap pertumbuhan akhir.
3. Uap Minuman:
Uap minuman adalah contoh sederhana dari konveksi. Biasanya uap keluar dari secangkir kopi atau teh panas. Udara hangat yang ada di dalam uap naik ke atas yang disebabkan oleh panasnya fluida.
4. Api unggun:
Alasan panas di atas api unggun daripada panas di sebelahnya adalah karena arus konveksi. Jika Anda meletakkan tangan Anda di depan api unggun (tentu saja, pada jarak yang aman; bagaimanapun, jangan letakkan tangan di atas api), Anda dapat merasakan panas yang disebabkan oleh adanya beberapa arus konveksi yang naik ke arah Anda.
Mengapa Arus Konveksi Terbentuk?
• Perbedaan tingkat suhu menyebabkan partikel bergerak sehingga menghasilkan arus. Dalam plasma dan gas, perbedaan suhu menyebabkan daerah dengan kepadatan rendah dan tinggi, di mana molekul dan atom bergerak untuk mengisi daerah bertekanan rendah. Kecuali sumber energi seperti sinar matahari, panas, dll hadir, arus konveksi akan berlanjut sampai suhu yang seragam tercapai.
Bagaimana Arus Konveksi Dibuat?
Berdasarkan tiga asumsi fisik, arus konveksi dibuat. Mereka adalah sebagai berikut:
• Sumber panas:
Keberadaan sumber panas menjadi penting karena arus konveksi dihasilkan oleh perbedaan densitas fluida yang terjadi akibat gradien temperatur. Dalam kasus konveksi alami, cairan yang mengelilingi sumber panas menerima panas. Karena ekspansi termal, ia menjadi kurang padat dan naik ke atas. Ekspansi termal fluida memainkan peran penting dalam penciptaan arus konveksi. Dengan kata sederhana, komponen yang lebih padat atau lebih berat akan bergerak ke bawah sedangkan komponen yang kurang padat atau lebih ringan akan bergerak ke atas yang mengarah ke gerakan cairan massal.
• Adanya akselerasi yang tepat:
Konveksi alami hanya terjadi di medan gravitasi atau ketika ada percepatan yang tepat seperti gaya sentrifugal, gaya Coriolis, dll. Pada dasarnya tidak beroperasi di orbit bumi. Misalnya, mekanisme perpindahan panas lainnya diperlukan untuk mencegah komponen elektronik dari panas berlebih di Stasiun Luar Angkasa Internasional yang mengorbit.
• Geometri yang tepat:
Besarnya dan adanya konveksi alami juga akan bergantung pada geometri soal. Dalam medan gravitasi, adanya gradien densitas fluida tidak menjamin adanya arus konveksi alami.
Masalah ini dapat ditunjukkan dari gambar berikut, di mana fluida diapit oleh dua pelat horizontal besar dengan suhu yang berbeda.
Kasus A:
Dalam hal ini, suhu pelat bawah lebih tinggi dari pelat atas. Di sini, ada penurunan kepadatan dalam arah gaya gravitasi. Geometri ini menginduksi peredaran fluida dan melalui peredaran alami, terjadi perpindahan panas. Menjadi hangat dalam prosesnya, cairan yang berat akan bergerak ke bawah sementara cairan yang lebih ringan akan bergerak ke atas, mendingin saat bergerak.
Kasus B:
Dalam hal ini, suhu pelat bawah lebih rendah dari pelat atas. Di sini, kepadatan meningkat sesuai dengan arah gaya gravitasi. Geometri ini mengarah pada gradien suhu yang stabil, kondisi yang stabil dan tidak menginduksi peredaran fluida. Juga, perpindahan panas hanya terjadi melalui konduksi termal.
Konveksi berbeda dengan konduksi, yaitu perpindahan kalor antara zat yang bersentuhan langsung satu sama lain. Arus konveksi mentransfer panas melalui pergerakan massa cairan seperti air, batuan cair, atau udara dari satu tempat ke tempat lain.
Konveksi di Laut
Di lautan, konveksi mendorong arus laut seperti Arus Teluk dan arus lainnya yang membalik dan mencampur air. Dari garis lintang yang lebih tinggi, air kutub yang dingin ditarik ke bawah dan tenggelam ke dasar lautan. Hal ini ditarik ke bawah ke khatulistiwa sebagai cahaya dan air hangat naik ke permukaan laut. Untuk menggantikan air dingin yang ditarik ke arah selatan, air hangat ditarik ke arah utara. Nutrisi larut dan panas didistribusikan ke seluruh dunia karena proses ini.
Konveksi di Udara
Sirkulasi udara di atmosfer bumi didorong oleh konveksi. Dekat khatulistiwa bumi, matahari memanaskan udara yang menjadi kurang padat dan naik ke atas. Ia mendingin saat naik dan menjadi kurang padat daripada udara di sekitarnya, menyebar dan turun lagi menuju khatulistiwa. Sel-sel udara dingin dan hangat yang terus bergerak dikenal sebagai Sel Hadley. Ini mendorong peredaran udara terus menerus di permukaan bumi yang kita sebut angin. Arus konveksi atmosfer juga menjadi penyebab awan naik.
Konveksi di Bumi
Ada kepercayaan di antara ahli geologi bahwa batuan cair jauh di dalam bumi diperedarankan oleh arus konveksi. Berada dalam keadaan semi-cair, batuan harus berperilaku seperti cairan lainnya, naik dari dasar mantel setelah menjadi lebih panas dan kurang padat dari panas inti bumi. Batuan menjadi relatif lebih padat dan lebih dingin, tenggelam kembali ke inti karena kehilangan panas ke kerak bumi. Sel-sel yang terus-menerus berperedaran dari batuan cair yang dingin dan panas dianggap membantu memanaskan permukaan. Juga, beberapa Ahli Geologi percaya bahwa arus konveksi di dalam bumi adalah penyebab yang berkontribusi untuk gempa bumi, letusan gunung berapi, dan pergeseran benua.
Arus Konveksi – Sirkulasi Atmosfer
Sirkulasi atmosfer adalah fenomena terpenting dalam iklim terestrial. Ini adalah pergerakan udara dalam skala besar dan merupakan sarana dimana energi panas bersama dengan peredaran laut didistribusikan di permukaan bumi. Setiap tahun, peredaran atmosfer bumi bervariasi tetapi struktur peredaran skala besar tetap cukup konstan.
Sirkulasi atmosfer adalah konsekuensi dari penerangan bumi oleh matahari dan hukum termodinamika. Itu dapat dilihat sebagai mesin panas yang digerakkan oleh energi matahari dan yang energinya akhirnya tenggelam dalam kegelapan di ruang angkasa dan juga turbin angin yang ditenagai oleh matahari.
Apa yang Akan Terjadi Jika Arus Konveksi di Bumi Dihentikan?
Misalkan, jika semua arus konveksi di bumi dihentikan, itu akan mempengaruhi kita yang terburuk. Banyaknya panas yang diradiasikan dari matahari menentukan suhu permukaan bumi. Jika tidak ada konveksi, maka khatulistiwa akan semakin panas dan kutub utara dan selatan akan semakin dingin.
Arus laut dari daerah tropis akan membawa air hangat lebih banyak ke arah utara dan arus dari daerah yang lebih dingin akan membawa air dingin menuju khatulistiwa. Oleh karena itu, jika konveksi dihentikan sama sekali, arus laut akan terjadi dan suhu yang sangat rendah dan sangat tinggi akan memaksa makhluk hidup di bumi untuk menjauh dari khatulistiwa dan kutub.
Sebagian besar batuan yang ada di bumi mengalami konveksi dalam skala besar. Batuan dapat hanyut dengan sangat lambat meskipun berbentuk padat. Konveksi membantu pembentukan pulau-pulau besar. Tidak akan ada gunung berapi baru di pulau-pulau jika bebatuan berhenti mengalir di dalam bumi.
Dampak Konveksi pada Iklim Bumi
Konveksi yang terjadi di permukaan dalam mantel bumi juga akan berdampak pada iklim dan permukaan bumi. Melalui pergerakan lempeng Samudera dan Benua, konveksi mempengaruhi atmosfer. Sejumlah besar udara diperedarankan oleh atmosfer dan posisi cekungan dan benua di laut berubah tentang bagaimana cuaca dan pergerakan udara di seluruh dunia. Fluktuasi arus udara dan laut memungkinkan curah hujan bergerak menuju berbagai wilayah di dunia.
Juga, konveksi yang terjadi di mantel bumi diduga bertanggung jawab atas terciptanya medan magnet bumi. Karena aliran besi cair melalui mantel, medan magnet bumi muncul dan menciptakan arus listrik.
Fakta Tentang konveksi
Sejak zaman dahulu, arus konveksi telah digunakan untuk berbagai keperluan kehidupan sehari-hari seperti pemanasan, ventilasi, dll.
Arus konveksi juga membantu di lokasi penambangan. Ini karena, terkadang, arus ini dapat membantu ventilasi di tambang.
Untuk mengetahui lebih banyak tentang arus konveksi dan kemunculannya di berbagai media, masuk ke Vedantu dan hadiri sesi online yang diadakan oleh para ahli top. Dapatkan bahan belajar terbaik untuk memahami konsep arus konveksi dalam waktu singkat dan persiapkan fondasi Anda sesuai dengan itu.
Kesimpulan
Arus konveksi adalah arus listrik yang terjadi karena pergerakan partikel positif dan negatif dalam cairan atau gas. Arus konveksi terjadi karena adanya perbedaan temperatur atau konduktivitas listrik pada dua bagian suatu cairan atau gas. Arus konveksi memiliki peran penting dalam beberapa bidang, seperti listrik dan elektronik, kimia, dan geofisika. Selain itu, arus konveksi juga dapat digunakan untuk mengukur kecepatan partikel subatomik, seperti proton dan neutron.
Post terkait
Contoh Konduksi, Konveksi dan radiasi dalam kehidupan
Perbedaan antara Konduksi dan Konveksi: Proses dan Contoh dalam Transfer Panas
Arus Konveksi: Mengurai Aliran Panas
Menjelajahi Konveksi: Memahami Perpindahan Panas melalui Cairan