Oletko koskaan ollut rannalla aurinkoisena päivänä? Aurinkoisena päivänä tuuli puhaltaa aina mereltä maalle. Miksi rannalla tuulee aina ja miksi päivällä puhaltaa merituuli (mereltä maalle puhaltava tuuli) ja yöllä maalta merelle puhaltava tuuli? Miksi pilvet laskeutuvat vuorenrinteille sadekauden aikana? Miksi tuuli tuntuu viileältä? Näiden kysymysten vastaukset liittyvät maan ja meren ominaislämpötiloihin, laajenemiseen, tiheyteen ja lämmönsiirtoon konvektion avulla . Ymmärtämällä tämän aiheen hyvin ja oikein voit vastata yllä oleviin kysymyksiin ja muihin kysymyksiin, joita saatat kysyä myöhemmin.
Lämmönjohtuminen tapahtuu yleensä kiinteissä aineissa tai kiinteistä aineista nesteisiin (nesteistä kiinteisiin aineisiin) tai kiinteistä aineista kaasuihin (kaasuista kiinteisiin aineisiin). Konvektiolla tapahtuva lämmönsiirto puolestaan tapahtuu yleensä nesteissä (esim. vedessä) ja kaasuissa (esim. ilmassa).
Konvektiolämmönsiirto on lämmön siirtymistä, johon liittyy aineen liike. Ymmärtääksemme konvektiolämmönsiirron paremmin, tarkastellaan esimerkiksi veden lämmittämistä tulella. Kun astiassa olevaa vettä lämmitetään tulella, lämpö siirtyy tulesta (korkea lämpötila) astiaan (matala lämpötila) johtumisen ja säteilyn avulla. Lämpö siirtyy sitten astiasta (korkeampi lämpötila) astian lähellä olevaan veteen (matala lämpötila) johtumisen avulla. Lisälämpö nostaa astian lähellä olevan veden lämpötilaa . Lämpötilan nousu saa veden laajenemaan, mikä lisää sen tilavuutta. Tilavuuden kasvaessa sen tiheys pienenee. Astian pohjan lähellä olevan veden lämpötila on korkeampi kuin sen yläpuolella olevan veden. Toisin sanoen astian pohjan lähellä olevalla vedellä on suurempi tilavuus ja pienempi tiheys, kun taas sen yläpuolella olevalla vedellä on pienempi tilavuus ja suurempi tiheys. Tiheysero saa astian pinnalla olevan, tiheämmän veden liikkumaan alaspäin ja astian pohjan lähellä olevan, tiheämmän veden liikkumaan ylöspäin. Tämä prosessi jatkuu jatkuvasti, kunnes kaikella säiliössä olevalla vedellä on sama lämpötila (jos ilmanpaine on 1 ilmakehä, säiliössä oleva vesi haihtuu eli kiehuu 100 ° C:n lämpötilassa).
Maa- ja merituulien esiintymiseen liittyy myös lämmönsiirtoa johtumisen ja konvektion avulla. Maan ominaislämpökapasiteetti (kiinteän aineen ominaislämpökapasiteetti) on alhaisempi kuin meriveden, joten maa lämpenee nopeammin auringonvalossa ja jäähtyy myös nopeammin yöllä. Maa lämpenee nopeammin, mikä lämmittää yläpuolella olevaa ilmaa (lämpö siirtyy maalta ilmaan johtumisen avulla). Lisälämmön vastaanottavan ilman lämpötila nousee ja ilma laajenee. Tämän seurauksena ilman tiheys laskee. Kääntäen, meriveden lämpötila on viileämpi, joten merenpinnan yläpuolella oleva ilma on myös viileämpää verrattuna maanpinnan yläpuolella olevaan ilmaan. Merenpinnan tasolla ilma on kylmempää, joten sen tiheys on suurempi. Tämä ilman tiheysero saa merenpinnan tasolla olevan ilman liikkumaan kohti maata, työntäen yläpuolella olevaa ilmaa ylöspäin. Mitä kauempana maan pinnasta on, sitä vähemmän ilmaa syntyy maan pienenevän painovoiman vuoksi. Koska ilman määrä vähenee, myös ilmanpaine laskee. Maan yläpuolella ylöspäin liikkuva kuuma ilma jäähtyy, koska mitä kauempana maan pinnasta on, sitä pienempi ilmanpaine on. Kylmä ilma liikkuu sitten taas alaspäin, ei kohti maanpintaa, vaan kohti merenpintaa, jonka lämpötila on viileämpi. Tämä prosessi tapahtuu jatkuvasti, ja se luo ilmavirran merestä maahan. Lyhyesti sanottuna merenpinnan lähellä oleva ilma liikkuu kohti maata, maanpinnan lähellä oleva ilma liikkuu ylöspäin ja sen yläpuolella oleva ilma liikkuu kohti merenpintaa.
Miksi savu nousee aina ylöspäin?
Savu nousee, koska sen lämpötila on korkeampi kuin ympäröivän ilman. Koska savun lämpötila on korkeampi, sen tilavuus kasvaa ja tiheys pienenee. Savun pienempi tiheys johtaa alhaisempaan savunpaineeseen verrattuna ympäröivään ilmanpaineeseen. Ympäröivä ilma työntää savua ylöspäin.
Miksi pilvet liikkuvat alaspäin sadekauden aikana? Sadekauden aikana pilvet sisältävät paljon vesihöyryä, mikä lisää niiden tiheyttä. Pilvet, jotka sisältävät paljon vesihöyryä ja joilla on suuri tiheys, liikkuvat alaspäin kohti paikkaa, jossa ympäröivän ilman tiheys on sama kuin pilven.
