Выполнили: Пригоровский Андрей, Бортник Максим, ученики 10 класса Руководитель работы: Видибор Ольга Валерьевна, учитель физики.

1834 англичанин В. Прут для описания распространения тепла движущейся жидкости предложил термин «конвекция»( от лат. " convectio " - "принесение, доставка") 1888Дж. Томсоном впервые описал возникновение конвекции в горизонтальном слое жидкости 1900 французский исследователь Б. Бенар впервые экспериментально продемонстрировал начало тепловой конвекции в слое расплавленного спермацета 1916Рэлеем дано первое теоретическое обоснование возникновения конвекции в горизонтальном слое жидкости.

Геометрия эксперимента Бенара (стрелки показывают направление потока тепла).

Зависимость потока тепла от разности температур в эксперименте Бенара Видно, что при значениях T > T c поток тепла за счет конвекции значительно превышает тот, который дала бы обычная теплопроводность. Вот почему чайник закипает так быстро. Если перенос тепла осуществлялся бы путем обычной теплопроводности, нам пришлось бы ждать часами горяченького чайку.

Наиболее чётко видны ячейки в областях 2 и 4, где толщина слоя примерно 3- 4 мм. Здесь диаметры ячеек больше, чем в области 1. После того, как верхние слои области 1 нагрелись, они начинают разогревать верхние слои области 2. Края, как и область 1 быстро нагрелись, и начинают повышать температуру области 4, из-за теплопроводности, поэтому разность температур между нижним и верхним слоем достаточно большой является только к центрам областей 2 и 4, (т.к. там слой прогревается слабее) где и образуются ячейки. Но, процесс образования ячеек в этом случае продолжается большее время, т.к. область 1 и края повышают температуру верхнего слоя (для образования ячеек требуется определенная разность температуры), но температура нижнего слоя повышается быстрее, чем верхнего, поэтому через какое-то время, в центре области 2 будет нужная разность температуры для образования ячеек. Для области 3 это условие не выполняется, т.к. после образования ячеек в областях 2 и 4 они начинают нагревать зону 3, поэтому необходимой разности температур не будет.

Жидкость вблизи дна, нагреваясь, расширяется и за счет дополнительной подъемной силы «стремится» подняться наверх, а холодная жидкость наверху стремится опуститься вниз. При достижении разности температур некоторого критического значения T c «состояние равновесия» становится неустойчивым, и в жидкости появляется конвекция. Нижние слои нагреются и станут легче, а верхние останутся холодными и тяжелыми. Равновесие таких слоев неустойчиво, и поэтому система переходит от равновесного порядка к неравновесному. В результате возникает система правильных шестиугольных ячеек, называемых ячейками Бенара («баннерами»). В центре ячейки жидкость движется вверх, а по краям опускается вниз. Если и дальше увеличивать тепловой поток, можно наблюдать разрушение баннеров. Этот процесс напоминает кипение – происходит переход от порядка к хаосу. На графике показана зависимость полного теплового потока q за единицу времени от нижней поверхности к верхней от разности температур T.

Ячейки образуются в слое жидкости толщиной 2-4 мм Диаметр ячеек зависит от толщины слоя Ячейки образуются при определенной разности температур между верхним и нижним слоем Образование ячеек в сосуде с неровным дном происходит отлично от сосуда с ровным дном