convección de Rayleigh-Bénard
La convección de Rayleigh-Bénard es un tipo de convección natural que ocurre en una capa horizontal plana de fluido calentado desde abajo, en la que el fluido desarrolla un patrón regular de celdas de convección conocidas como celdas de Bénard . La convección de Bénard-Rayleigh es uno de los fenómenos de convección más comúnmente estudiados debido a su accesibilidad analítica y experimental. [1] Los patrones de convección son el ejemplo más cuidadosamente examinado de sistemas no lineales autoorganizados . [1] [2]
La flotabilidad , y por tanto la gravedad , son responsables de la aparición de las células de convección. El movimiento inicial es el afloramiento de fluido de menor densidad desde la capa inferior calentada. [3] Este afloramiento se organiza espontáneamente en un patrón regular de células.
Las características de la convección de Bénard se pueden obtener mediante un experimento simple realizado por primera vez por Henri Bénard , un físico francés, en 1900.
La configuración experimental utiliza una capa de líquido, por ejemplo, agua, entre dos planos paralelos. La altura de la capa es pequeña en comparación con la dimensión horizontal. Al principio, la temperatura del plano inferior es la misma que la del plano superior. El líquido tenderá entonces hacia un equilibrio , donde su temperatura es la misma que la de su entorno. (Una vez allí, el líquido es perfectamente uniforme: para un observador parecería el mismo desde cualquier posición. Este equilibrio también es asintóticamente estable : después de una perturbación temporal local de la temperatura exterior, volverá a su estado uniforme, en línea con la segunda ley de la termodinámica ).
Luego, la temperatura del plano inferior se incrementa ligeramente produciendo un flujo de energía térmica conducida a través del líquido. El sistema comenzará a tener una estructura de conductividad térmica : la temperatura, y con ella la densidad y la presión, variarán linealmente entre el plano inferior y el superior. Se establecerá un gradiente lineal uniforme de temperatura. (Este sistema puede ser modelado por mecánica estadística ).
Una vez que se establece la conducción, el movimiento aleatorio microscópico se ordena espontáneamente a nivel macroscópico, formando celdas de convección de Benard, con una longitud de correlación característica.
