Έχετε βρεθεί ποτέ σε παραλία μια ηλιόλουστη μέρα; Σε μια ηλιόλουστη μέρα, υπάρχει πάντα ένας άνεμος που φυσάει από τη θάλασσα προς την ξηρά στην παραλία. Γιατί υπάρχει πάντα άνεμος στην παραλία και γιατί υπάρχει θαλασσινό αεράκι (άνεμος που φυσάει από τη θάλασσα προς την ξηρά) κατά τη διάρκεια της ημέρας και στεριανό αεράκι (άνεμος που φυσάει από την ξηρά προς τη θάλασσα) τη νύχτα; Γιατί τα σύννεφα κατεβαίνουν στις πλαγιές των βουνών κατά την περίοδο των βροχών; Γιατί ο άνεμος είναι δροσερός; Οι απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα σχετίζονται με την ειδική θερμότητα της ξηράς και της θάλασσας, τη διαστολή, την πυκνότητα και τη μεταφορά θερμότητας μέσω συναγωγής ( μεταφορά θερμότητας ). Κατανοώντας καλά και σωστά αυτό το θέμα, μπορείτε να απαντήσετε στις παραπάνω ερωτήσεις και σε άλλες ερωτήσεις που μπορεί να σας θέσουν αργότερα.
Η μεταφορά θερμότητας μέσω αγωγιμότητας συμβαίνει συνήθως σε στερεά ή από στερεά σε υγρά (υγρά σε στερεά) ή από στερεά σε αέρια (αέρια σε στερεά). Εν τω μεταξύ, η μεταφορά θερμότητας μέσω συναγωγής συμβαίνει συνήθως σε υγρά (π.χ. νερό) και αέρια (π.χ. αέρα).
Η μεταφορά θερμότητας με συναγωγή είναι η μεταφορά θερμότητας που συνοδεύεται από την κίνηση της ύλης. Για να κατανοήσουμε καλύτερα τη μεταφορά θερμότητας με συναγωγή, εξετάστε μια περίπτωση, όπως το νερό που θερμαίνεται με φωτιά. Όταν το νερό σε ένα δοχείο θερμαίνεται με φωτιά, η θερμότητα μετακινείται από τη φωτιά (υψηλή θερμοκρασία) στο δοχείο (χαμηλή θερμοκρασία) μέσω αγωγιμότητας και ακτινοβολίας. Στη συνέχεια, η θερμότητα μετακινείται από το δοχείο (υψηλότερη θερμοκρασία) στο νερό κοντά στο δοχείο (χαμηλότερη θερμοκρασία) μέσω αγωγιμότητας. Η πρόσθετη θερμότητα προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας του νερού κοντά στο δοχείο. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί τη διαστολή του νερού, αυξάνοντας τον όγκο του. Καθώς ο όγκος αυξάνεται, η πυκνότητά του μειώνεται. Το νερό κοντά στον πυθμένα του δοχείου έχει υψηλότερη θερμοκρασία από το νερό από πάνω του. Με άλλα λόγια, το νερό κοντά στον πυθμένα του δοχείου έχει μεγαλύτερο όγκο και χαμηλότερη πυκνότητα, ενώ το νερό από πάνω του έχει μικρότερο όγκο και υψηλότερη πυκνότητα. Η διαφορά στην πυκνότητα προκαλεί την κίνηση του νερού στην επιφάνεια του δοχείου, το οποίο έχει μεγαλύτερη πυκνότητα, προς τα κάτω και του νερού κοντά στον πυθμένα του δοχείου, το οποίο έχει μικρότερη πυκνότητα, προς τα πάνω. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει συνεχώς μέχρι όλο το νερό στο εσωτερικό να έχει την ίδια θερμοκρασία (Εάν η πίεση του αέρα είναι 1 ατμόσφαιρα, το νερό στο δοχείο θα εξατμιστεί, δηλαδή θα βράσει σε θερμοκρασία 100 ° C).
Η εμφάνιση χερσαίων και θαλάσσιων αερακιών περιλαμβάνει επίσης μεταφορά θερμότητας μέσω αγωγιμότητας και συναγωγής. Η ειδική θερμότητα της ξηράς (η ειδική θερμότητα ενός στερεού) είναι χαμηλότερη από αυτή του θαλασσινού νερού, επομένως η ξηρά θερμαίνεται πιο γρήγορα όταν εκτίθεται στο ηλιακό φως και ψύχεται επίσης πιο γρήγορα τη νύχτα. Η ξηρά θερμαίνεται πιο γρήγορα, θερμαίνοντας τον αέρα από πάνω της (μεταφορά θερμότητας από τη στεριά στον αέρα μέσω αγωγιμότητας). Η θερμοκρασία του αέρα που δέχεται την επιπλέον θερμότητα αυξάνεται και ο αέρας διαστέλλεται. Ως αποτέλεσμα, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται. Αντίστροφα, η θερμοκρασία του θαλασσινού νερού είναι πιο δροσερή, επομένως ο αέρας πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας είναι επίσης πιο δροσερός, σε σύγκριση με τον αέρα πάνω από την επιφάνεια της ξηράς. Ο αέρας στο επίπεδο της θάλασσας είναι πιο κρύος, επομένως η πυκνότητά του είναι μεγαλύτερη. Αυτή η διαφορά στην πυκνότητα του αέρα προκαλεί την κίνηση του αέρα στο επίπεδο της θάλασσας προς την ξηρά, ωθώντας τον αέρα από πάνω της προς τα πάνω. Όσο πιο μακριά από την επιφάνεια της Γης, τόσο λιγότερος αέρας παράγεται λόγω της μειούμενης βαρυτικής δύναμης της Γης. Επειδή η ποσότητα του αέρα μειώνεται, μειώνεται και η πίεση του αέρα. Ο θερμός αέρας πάνω από την ξηρά που κινείται προς τα πάνω ψύχεται επειδή όσο πιο μακριά από την επιφάνεια της Γης, τόσο μικρότερη είναι η ατμοσφαιρική πίεση. Ο ψυχρός αέρας κινείται ξανά προς τα κάτω, όχι προς την επιφάνεια της ξηράς αλλά προς την επιφάνεια του ωκεανού, η οποία έχει χαμηλότερη θερμοκρασία. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει συνεχώς, δημιουργώντας μια ροή αέρα από τη θάλασσα προς την ξηρά. Με λίγα λόγια, ο αέρας κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας κινείται προς την ξηρά, ο αέρας κοντά στην επιφάνεια της ξηράς κινείται προς τα πάνω και ο αέρας από πάνω της κινείται προς την επιφάνεια της θάλασσας.
Γιατί ο καπνός κινείται πάντα προς τα πάνω;
Ο καπνός ανεβαίνει επειδή η θερμοκρασία του είναι υψηλότερη από τον περιβάλλοντα αέρα. Επειδή η θερμοκρασία του καπνού είναι υψηλότερη, ο όγκος του αυξάνεται και η πυκνότητά του μειώνεται. Η χαμηλότερη πυκνότητα καπνού έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη πίεση καπνού σε σύγκριση με την πίεση του περιβάλλοντος αέρα. Ο περιβάλλοντας αέρας ωθεί τον καπνό προς τα πάνω.
Γιατί τα σύννεφα κινούνται προς τα κάτω κατά την περίοδο των βροχών; Κατά την περίοδο των βροχών, τα σύννεφα περιέχουν πολλούς υδρατμούς, αυξάνοντας την πυκνότητά τους. Τα σύννεφα που περιέχουν πολλούς υδρατμούς και έχουν υψηλή πυκνότητα κινούνται προς τα κάτω προς μια τοποθεσία όπου ο περιβάλλοντας αέρας έχει την ίδια πυκνότητα με το σύννεφο.
