Нагрівання будь-якого середовища, наприклад, води або повітря, змушує її розширюватися і ставати легше. І навпаки, охолодження - змушує її стискатися і ставати важче. Комбінація цих різноспрямованих фізичних впливів формує явище, що називається конвекцією і представляє собою один з процесів передачі теплоти в великих обсягах рідин і газів.
Коли посудину з водою розташований над працюючої пальником, вода над полум'ям поглинає енергію. Ця енергія змушує молекули води відсуватися один від одного, в результаті чого вона стає менш щільною. Нагріта вода піднімається вгору; на малюнку сіра фарба на дні посудини робить це рух видимим. У той же самий час більш холодна і щільна вода опускається вниз, щоб зайняти місце піднялася вгору теплої води. Коли тепла вода піднімається, вона віддає частину своєї енергії навколишнього воді і трохи охолоджується. Тим часом тепліша вода продовжує підніматися, відсуваючи в сторони шари остигнула води. Конвекція припиниться тільки тоді, коли полум'я згасне і вся вода прийме однакову температуру.
Конвекція при підведенні теплоти
Нагрівання дна пробірки збільшує температуру нижніх шарів води. В результаті тепла вода піднімається вгору, а більш важка холодна вода опускається вниз і також нагрівається. Згодом вся вода стає гарячою. Нагрівання верхній частині пробірки призводить до підвищення температури тільки верхніх шарів води, так як більш легка гаряча вода залишається над холодною.
Конвективний рух води
Піднімаючись з дна стоїть на вогні судини, нагріта вода поступово втрачає теплоту. Опинившись на поверхні, ця вода розходиться в сторони під дією піднімається стовпа більш теплої води. Охолоджуючись, вода стає більш щільною і опускається вниз.
Конвекція в газовому середовищі
Цівки диму дозволяють простежити формування конвективних струмів в повітрі кімнати (малюнки вгорі). Процес починається з підйому вгору теплого повітря (лівий малюнок). Досягнувши стелі (середній малюнок), це повітря розходиться в сторони під дією піднімаються більш теплих повітряних струменів, після чого, втративши теплоту, опускається вниз до підлоги і під дією спускаються зверху струменів охолодженого повітря (рисунок праворуч) знову переміщається до джерела теплоти, нагрівається і піднімається вгору.
Нагрівання і охолодження повітря в кімнаті
Повітряний кондиціонер охолоджує кімнату найбільш ефективно при розміщенні біля стелі (верхній малюнок під текстом), так як охолоджене повітря (на малюнку синій) опускається вниз і потім поширюється по кімнаті в результаті конвекції. І навпаки, повітронагрівач працює найкраще, коли розміщений у статі (нижній малюнок). Тепле повітря (на малюнку помаранчевий) піднімається вгору і потім циркулює по кімнаті.