Konvektiv

Aus SystemPhysik
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Bei der Konvektion (lat.: convehi = mittragen, mitnehmen) werden die sieben mengenartigen Grössen Volumen, Masse, Stoffmenge, elektrische Ladung, Impuls, Drehimpuls und Entropie zusammen mit der Materie durch den Raum transportiert. Ein konvektiver Transport bildet daher immer ein ganzes Bündel von Strömen. Als Führungsgrösse nimmt man bei Flüssigkeiten oft das Volumen und bei Gasen die Masse. In der chemischen Verfahrenstechnik wird auch die Stoffmenge als Führungsgrösse genommen

Volumenstrom

Die meisten Durchflussmessgeräte bestimmen die Stärke des Volumenstromes. Die Stromstärke einer andern bilanzierfähigen Grössen kann dann als zugehörige Dichte mal Volumenstromstärke geschrieben werden

  • Massenstromstärke: [math]I_m=\rho I_V[/math]
  • Impulsstromstärke: [math]I_{\vec p}=\rho_{\vec p}I_V=\rho \vec v I_V[/math]
  • Entropiestromstärke: [math]I_S=\rho_S I_V[/math]

Massenstrom

Die Stärke des Massenstromes lässt sich mit Hilfe des Coriolis-Massendurchflussmesser direkt messen. Oft wird die Volumenstromstärke an einer Stelle bestimmt und dann auf die Massenstromstärke, die längs des Transportweges auch bei kompressiblen Medien erhalten bleibt, umgerechnet. Die Stromstärke einer andern bilanzierfähigen Grössen wird dann als spezifische Menge mal Massenstromstärke geschrieben

  • Impulsstromstärke: [math]I_{\vec p}=\vec vI_m[/math]
  • elektische Stromstärke: [math]I=q I_m[/math] q ist die spezifische Ladung
  • Volumenstromstärke: [math]I_V=vI_m=\frac{1}{\rho}I_m[/math] v steht hier für spezifisches Volumen

Stoffmengenstrom

In gewissen Fällen eignet sich die Stoffmenge auch als Führungsgrösse. Zu beachten ist, dass jede Teilchensorte eine eigene Stoffmenge bildet und Soffmengen durch chemische Reaktioen vernichtet und erzeugt werden können. Die Stromstärke einer andern Grösse ist dann Menge pro Stoffmenge mal Stoffmengenstromstärke.

  • Massenstromstärke: [math]I_m=\hat m I_n[/math]
  • Volumenstromstärke: [math]I_V=\hat VI_n[/math]

Ein Dach über dem Formelzeichen bedeutet die zugehörige Menge pro Mol (Molmasse, Molvolumen). Bei der elektrischen Stomstärke nimmt man statt der Stoffmenge die Teilchenzahl N als Führungsgrösse

  • elektrische Stromstärke: [math]I=z^+\cdot e\cdot I_N-z^-\cdot e\cdot I_N[/math]

z beschreibt, wie stark ein Teilchen - ausgedrückt durch die Elementarladung e - geladen ist.

Energiestrom

Ein konvektiver Strom transportiert Energie in verschiedenen "Formen". Neben der innerern Energie sind die beiden äusseren Energieformen, kinetische und potentielle (Gravitationsenergie) zu berücksichtigen. Dazu kommt noch der über den Druck dem Volumenstrom zugeordnete Energiestrom

[math]I_W=I_{W_{in}}+I_{W_{kin}}+I_{W_G}+I_{W_{hyd}}=\left(\rho_W+\frac{\rho}{2}v^2+\rho gh+p\right)I_V=\left(w+\frac{v^2}{2}+gh+\frac{p}{\rho}\right) I_m[/math]

Vergleicht man längs des Volumenstroms eines inkompressiblen Fluids die Energiestromstärke bezüglich zweier Referenzflächen miteinander, erhält man bei stationärer Strömung den Gesetz von Bernoulli.