آیا تا به حال در یک روز آفتابی در ساحل بودهاید؟ در یک روز آفتابی، همیشه بادی از دریا به خشکی در ساحل میوزد. چرا همیشه در ساحل باد میوزد و چرا نسیم دریا (بادی که از دریا به خشکی میوزد) در طول روز و نسیم خشکی (بادی که از خشکی به دریا میوزد) در شب رخ میدهد؟ چرا ابرها در فصل بارندگی در دامنه کوهها فرود میآیند؟ چرا باد خنک به نظر میرسد؟ پاسخ این سؤالات مربوط به گرمای ویژه خشکی و دریا، انبساط، چگالی و انتقال حرارت از طریق همرفت ( انتقال حرارت ) است. با درک خوب و صحیح این موضوع، میتوانید به سؤالات بالا و سؤالات دیگری که ممکن است بعداً بپرسید، پاسخ دهید.
انتقال حرارت از طریق رسانش معمولاً در جامدات یا از جامدات به مایعات (مایعات به جامدات) یا از جامدات به گازها (گازها به جامدات) رخ میدهد. در همین حال، انتقال حرارت از طریق همرفت معمولاً در مایعات (مثلاً آب) و گازها (مثلاً هوا) رخ میدهد.
انتقال حرارت همرفتی، انتقال حرارت همراه با حرکت ماده است. برای درک بهتر انتقال حرارت همرفتی، موردی مانند گرم شدن آب با استفاده از آتش را در نظر بگیرید. هنگامی که آب در یک ظرف با آتش گرم میشود، گرما از آتش (دمای بالا) به ظرف (دمای پایین) از طریق رسانایی و تابش منتقل میشود. سپس گرما از ظرف (دمای بالاتر) به آب نزدیک ظرف (دمای پایینتر) از طریق رسانایی منتقل میشود. گرمای اضافی باعث افزایش دمای آب نزدیک ظرف میشود. افزایش دما باعث انبساط آب و افزایش حجم آن میشود. با افزایش حجم، چگالی آن کاهش مییابد. آب نزدیک کف ظرف دمای بالاتری نسبت به آب بالای آن دارد. به عبارت دیگر، آب نزدیک کف ظرف حجم بزرگتر و چگالی کمتری دارد، در حالی که آب بالای آن حجم کوچکتر و چگالی بیشتری دارد. تفاوت چگالی باعث میشود آب روی سطح ظرف که چگالی بیشتری دارد به سمت پایین و آب نزدیک کف ظرف که چگالی کمتری دارد به سمت بالا حرکت کند. این فرآیند به طور مداوم اتفاق میافتد تا زمانی که تمام آب داخل ظرف دمای یکسانی داشته باشد (اگر فشار هوا ۱ اتمسفر باشد، آب داخل ظرف تبخیر میشود، یعنی در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد میجوشد ).
وقوع نسیم خشکی و نسیم دریا همچنین شامل انتقال گرما از طریق رسانایی و همرفت است. گرمای ویژه خشکی (گرمای ویژه یک جامد) کمتر از آب دریا است، بنابراین خشکی در معرض نور خورشید سریعتر گرم میشود و همچنین در شب سریعتر سرد میشود. خشکی سریعتر گرم میشود و هوای بالای آن را گرم میکند (گرما از خشکی به هوا از طریق رسانایی منتقل میشود). دمای هوایی که گرمای اضافی را دریافت میکند افزایش مییابد و هوا منبسط میشود. در نتیجه، چگالی هوا کاهش مییابد. برعکس، دمای آب دریا خنکتر است، بنابراین هوای بالای سطح دریا نیز در مقایسه با هوای بالای سطح خشکی خنکتر است. هوای سطح دریا سردتر است، بنابراین چگالی آن بیشتر است. این تفاوت در چگالی هوا باعث میشود هوای سطح دریا به سمت خشکی حرکت کند و هوای بالای آن را به سمت بالا هل دهد. هرچه از سطح زمین دورتر شویم، به دلیل کاهش نیروی گرانش زمین، هوای کمتری تولید میشود. از آنجا که مقدار هوا کاهش مییابد، فشار هوا نیز کاهش مییابد. هوای گرم بالای خشکی که به سمت بالا حرکت میکند، سرد میشود زیرا هرچه از سطح زمین دورتر باشد، فشار هوا کمتر است. سپس هوای سرد دوباره به سمت پایین حرکت میکند، نه به سمت سطح خشکی، بلکه به سمت سطح اقیانوس که دمای خنکتری دارد. این فرآیند به طور مداوم رخ میدهد و جریانی از هوا را از دریا به خشکی ایجاد میکند. به طور خلاصه، هوای نزدیک سطح دریا به سمت خشکی، هوای نزدیک سطح خشکی به سمت بالا و هوای بالای آن به سمت سطح دریا حرکت میکند.
چرا دود همیشه به سمت بالا حرکت میکند؟
دود به دلیل دمای بالاتر از هوای اطراف، به سمت بالا حرکت میکند. از آنجا که دمای دود بالاتر است، حجم آن افزایش و چگالی آن کاهش مییابد. چگالی کمتر دود منجر به فشار دود کمتر در مقایسه با فشار هوای اطراف میشود. هوای اطراف، دود را به سمت بالا هل میدهد.
چرا ابرها در طول فصل بارندگی به سمت پایین حرکت میکنند؟ در طول فصل بارندگی، ابرها حاوی مقدار زیادی بخار آب هستند که باعث افزایش چگالی آنها میشود. ابرهایی که حاوی مقدار زیادی بخار آب هستند و چگالی بالایی دارند، به سمت پایین و به سمت مکانی حرکت میکنند که هوای اطراف آن چگالی مشابهی با ابر دارد.
