انتقال حرارت به روش همرفت

مقاله در مورد انتقال حرارت به روش همرفت

تا حالا شده وقتی هوا آفتابی بوده کنار ساحل باشید؟ در یک روز صاف، در ساحل، همیشه باد از سمت دریا می‌وزد. چرا همیشه در ساحل باد می‌وزد و چرا نسیم دریا (بادهایی که از دریا به خشکی می‌وزند) در طول روز و نسیم خشکی (بادهایی که از خشکی به دریا می‌وزند) در شب اتفاق می‌افتد؟ چرا در فصل بارندگی ابرها می‌توانند به دامنه‌ها بیایند؟ چرا باد خنک به نظر می‌رسد؟ پاسخ این سؤالات به گرمای ویژه خشکی و دریا، انبساط، چگالی و انتقال گرما از طریق همرفت مربوط می‌شود!

با درک خوب و صحیح موضوع، می‌توانید به سوالات بالا و سوالات دیگری که ممکن است بعداً بپرسید، پاسخ دهید.

انتقال گرما از طریق رسانش معمولاً در اجسام جامد یا از اجسام جامد به اجسام مایع (و از اجسام مایع به اجسام جامد) یا از اجسام جامد به اجسام گازی (و از اجسام گازی به اجسام جامد) رخ می‌دهد. در حالی که انتقال گرما از طریق همرفت معمولاً در اجسام مایع (مثلاً آب) و اجسام گازی (مثلاً آب) رخ می‌دهد. انتقال گرما از طریق همرفت، انتقال گرمایی است که با انتقال اجسام همراه است. برای اینکه انتقال گرما از طریق همرفت را بهتر درک کنید، یک مورد را بررسی کنید، مثلاً آب گرم شده با استفاده از آتش. وقتی آب در یک ظرف با آتش گرم می‌شود، گرما از آتش (دمای بالا) به ظرف (دمای پایین) از طریق رسانش و تابش منتقل می‌شود. سپس، گرما از ظرف (دمای بالاتر) به آب نزدیک ظرف (دمای پایین‌تر) از طریق رسانش منتقل می‌شود. گرمای اضافی باعث افزایش دمای آب نزدیک ظرف می‌شود.

افزایش دمای آب باعث انبساط آب یا افزایش حجم آب می‌شود. زیرا با افزایش حجم آب، چگالی آب کاهش می‌یابد. آب نزدیک کف ظرف دمای بالاتری نسبت به آب کنار آن دارد. به عبارت دیگر، آب نزدیک کف ظرف حجم بیشتر و چگالی کمتری دارد، در حالی که آب بالای آن حجم کمتر و چگالی بیشتری دارد. تفاوت چگالی باعث می‌شود آب روی سطح ظرف که چگالی بیشتری دارد به پایین حرکت کند و آب نزدیک کف ظرف که چگالی کمتری دارد به بالا حرکت کند. این فرآیند به طور مداوم اتفاق می‌افتد تا زمانی که تمام آب داخل آن دمای یکسانی داشته باشد (اگر فشار هوا ۱ اتمسفر باشد، آب داخل ظرف در دمای ۱۰۰ درجه ^{سانتیگراد} تبخیر می‌شود یا می‌جوشد ).

وقوع بادهای خشکی و نسیم دریا نیز شامل انتقال گرما از طریق رسانایی و همرفت است. گرمای ویژه خشکی کمتر از گرمای ویژه آب دریا است. از این رو، وقتی زمین در معرض آفتاب قرار می‌گیرد، سریع‌تر گرم می‌شود و همچنین وقتی شب فرا می‌رسد، سردتر می‌شود. گرمای خشکی، هوای بالای آن را سریع‌تر گرم می‌کند (گرما از خشکی به هوا از طریق رسانایی منتقل می‌شود). دمای هوا افزایش می‌یابد و هوا منبسط می‌شود. در نتیجه، چگالی هوا کاهش می‌یابد. برعکس، دمای آب دریا سردتر است، به طوری که هوای بالای سطح دریا نیز سردتر از هوای سطح خشکی است.

هوای سطح دریا خنک‌تر است، بنابراین چگالی آن بیشتر است. تفاوت در چگالی هوا باعث می‌شود هوای سطح دریا به سمت خشکی حرکت کند، در حالی که هوای روی زمین به سمت بالا حرکت می‌کند. هرچه از سطح زمین دورتر می‌شویم، مقدار هوا کاهش می‌یابد زیرا نیروی گرانش زمین کمتر می‌شود. از آنجا که مقدار هوا کاهش می‌یابد، فشار هوا نیز کمتر می‌شود.

هوای گرم روی خشکی که به سمت بالا حرکت می‌کند، به دلیل فاصله بیشتر از سطح زمین، سرد شده و فشار هوا کاهش می‌یابد. سپس هوای سرد به سمت پایین حرکت می‌کند، نه به سمت سطح خشکی، بلکه به سمت سطح اقیانوس که دمای انجماد بیشتری دارد. این فرآیند به طور مداوم رخ می‌دهد تا جریان هوا از دریا به خشکی وجود داشته باشد. به طور خلاصه، هوای نزدیک سطح دریا به سمت زمین حرکت می‌کند، هوای نزدیک سطح زمین به سمت بالا حرکت می‌کند، هوای بالای آن به سطح دریا حرکت می‌کند.

چرا دود همیشه به سمت بالا حرکت می‌کند؟ دود به این دلیل به سمت بالا حرکت می‌کند که دمای آن از دمای هوای اطراف بیشتر است. از آنجا که دمای دود بالاتر است، حجم افزایش و چگالی کاهش می‌یابد. جرم کمتر دود باعث فشار کمتری در مقایسه با فشار هوای اطراف می‌شود. هوای اطراف دود، دود را به سمت بالا فشار می‌دهد.

چرا در فصل بارندگی، ابر به سمت پایین حرکت می‌کند؟ در طول فصل بارندگی، ابرها حاوی مقدار زیادی بخار آب هستند، به طوری که چگالی ابرها افزایش می‌یابد. ابرهایی که حاوی مقدار زیادی بخار آب هستند و چگالی زیادی دارند، به سمت پایین حرکت می‌کنند، جایی که هوای اطراف آن منطقه چگالی یکسانی با چگالی ابر دارد. اگر توضیحات بالا را به خوبی و به درستی درک کرده باشید، می‌توانید در مورد بسیاری از موارد مرتبط با این موضوع سوال و پاسخ بپرسید.