Allgemeines

Konvektion wird durch Dichte-, Temperatur- und Konzentrationsunterschiede innerhalb des Fluids oder zwischen dem Fluid und seinen Grenzflächen hervorgerufen. Jedoch kann auch eine von außen wirkende Kraft, die das Fluid in Bewegung setzt, zu einer Konvektion führen.

Man unterscheidet daher die.

• freie oder natürliche Konvektion, bei der der Teilchentransport ausschließlich durch Auswirkungen des Temperaturgradienten, also zum Beispiel durch Auf- bzw. Abtrieb des Fluids infolge der durch die Temperaturänderung hervorgerufenen Dichteunterschiede bewirkt wird, und
• erzwungene Konvektion, bei der der Teilchentransport durch äußere Einwirkung, zum Beispiel ein Gebläse oder eine Pumpe, hervorgerufen wird.

Innerhalb einer Flüssigkeit oder eines Gases steigen Bereiche mit geringer Dichte nach oben, während Bereiche mit höherer Dichte nach unten sinken.Bei Erwärmung dehnen sich Stoffe aus, daher wird ihre Dichte geringer.

Wenn an der Unterseite Energie zugeführt wird und an der Oberseite die Möglichkeit zur Abkühlung besteht, so entsteht kontinuierliche Strömung: Materie wird erwärmt, dehnt sich dabei aus und steigt nach oben. Dort angelangt kühlt sie sich ab, zieht sich dabei wieder zusammen und sinkt ab, um unten erneut erwärmt zu werden.

Konvektion tritt auf vielfältige Weise auf:.

• Wenn eine Zentralheizung am tiefsten Punkt des Gebäudes installiert wird, kann sie ohne Umwälzpumpe auskommen, da das warme Wasser durch Konvektion nach oben in die Heizkörper steigt sich dort abkühlt und wieder nach unten fließt.
• Luft wird am warmen Erdboden erwärmt und steigt nach oben, ein entscheidender Faktor für die Entstehung des Wetters
• Konvektion von heißen Gesteinen im Erdinneren (enorm hohe Viskosität und langsame Fließgeschwindigkeiten, jedoch trotzdem Konvektion bei einem Feststoff), das durch radioaktiven Zerfall erhitzt wird, ist für die Plattentektonik und damit für Erdbeben und Vulkane verantwortlich. Konvektionszentren im Erdmantel werden dabei als Plumes oder Hot Spots bezeichnet.
• Auch in Sternen transportiert Konvektion thermische Energie aus dem Inneren nach außen.