Artikkeli lämmön siirtymisestä konvektion avulla
Oletko koskaan käynyt rannalla aurinkoisena päivänä? Kirkkaana päivänä rannalla tuulee aina mereltä. Miksi rannalla tuulee aina, ja miksi merituuli (mereltä maalle puhaltava tuuli) on päivällä ja maatuuli (maalta merelle puhaltava tuuli) yöllä? Miksi pilvet voivat laskeutua rinteille sadekaudella? Miksi tuuli tuntuu viileältä? Näiden kysymysten vastaukset liittyvät maan ja meren ominaislämpötiloihin, laajenemiseen, tiheyteen ja lämmönsiirtoon konvektion avulla!
Ymmärtämällä aiheen hyvin ja oikein voit vastata yllä oleviin kysymyksiin ja muihin kysymyksiin, joita saatat kysyä myöhemmin.
Lämmönjohtuminen tapahtuu yleensä kiinteissä kappaleissa tai kiinteistä kappaleista nestemäisiin kappaleisiin (ja nestemäisistä kappaleista kiinteisiin kappaleisiin) tai kiinteistä kappaleista kaasumaisiin kappaleisiin (ja kaasumaisista kappaleista kiinteisiin kappaleisiin). Konvektiolla tapahtuva lämmönsiirto tapahtuu tyypillisesti nestemäisissä kappaleissa (esim. vedessä) ja kaasumaisissa kappaleissa (esim. ilmassa). Konvektiolla tapahtuva lämmönsiirto on lämmönsiirtoa, johon liittyy kappaleiden siirtyminen. Jotta ymmärtäisit lämmönsiirron konvektiolla paremmin, tarkastele esimerkkiä veden lämmittämisestä tulella. Kun astiassa olevaa vettä lämmitetään tulella, lämpö siirtyy tulesta (korkea lämpötila) astiaan (matala lämpötila) johtumisen ja säteilyn avulla. Sitten lämpö siirtyy astiasta (korkeampi lämpötila) astian lähellä olevaan veteen (matala lämpötila) johtumisen avulla. Lisälämpö nostaa astian lähellä olevan veden lämpötilaa.
Veden lämpötilan nousu aiheuttaa veden laajenemista eli veden tilavuuden kasvua. Koska veden tilavuuden kasvaessa veden tiheys pienenee. Astian pohjan lähellä olevan veden lämpötila on korkeampi kuin sen vieressä 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 aiheuttaa sen, että astian pinnalla oleva, tiheämpi vesi liikkuu alaspäin ja astian pohjan lähellä oleva, tiheämpi vesi liikkuu ylöspäin. Tämä prosessi jatkuu jatkuvasti, kunnes kaikella astian sisällä olevalla vedellä on sama lämpötila (jos ilmanpaine on 1 ilmakehä, astiassa oleva vesi haihtuu tai kiehuu 100 ° C:ssa).
Myös maa- ja merituulien esiintymiseen liittyy lämmönsiirtoa johtumisen ja konvektion kautta. Maan ominaislämpökapasiteetti on pienempi kuin meriveden ominaislämpökapasiteetti. Tästä syystä maa kuumenee nopeammin, kun se altistuu auringolle, ja myös kylmenee yön laskeutuessa. Maan lämpö lämmittää yläpuolella olevaa ilmaa nopeammin (lämpö siirtyy maalta ilmaan johtumisen kautta). Ilman lämpötila nousee ja ilma laajenee. Tämän seurauksena ilman tiheys pienenee. Päinvastoin, meriveden lämpötila on kylmempi, joten merenpinnan yläpuolella oleva ilma on myös kylmempää kuin maan pinnalla oleva ilma.
Meren pinnalla oleva ilma on viileämpää, joten sen tiheys on suurempi. Ilman tiheysero saa meren pinnalla olevan ilman liikkumaan kohti maata, kun taas maan pinnalla oleva ilma liikkuu ylöspäin. Mitä kauempana maan pinnasta ollaan, sitä vähemmän ilman määrää on, koska maan painovoima pienenee. Koska ilman määrä vähenee, myös ilmanpaine pienenee.
Maan pinnalla ylöspäin liikkuva kuuma ilma on jäähtynyt, koska se on kauempana maan pinnasta, ja ilmanpaine laskee. Kylmä ilma liikkuu sitten alaspäin, ei kohti maanpintaa, vaan kohti merenpintaa, jossa on pakkasen puolella. Tämä prosessi tapahtuu jatkuvasti, joten ilmaa virtaa merestä maahan. Lyhyesti sanottuna merenpinnan lähellä oleva ilma siirtyy maanpintaan, maanpinnan lähellä oleva ilma liikkuu ylöspäin ja yläpuolella oleva ilma siirtyy merenpintaan.
Miksi savu liikkuu aina ylöspäin? Savu liikkuu ylöspäin, koska lämpötila on korkeampi kuin ympäröivän ilman lämpötila. Koska savun lämpötila on korkeampi, tilavuus kasvaa ja tiheys pienenee. Pienempi savumassa aiheuttaa pienemmän paineen verrattuna ympäröivään ilmanpaineeseen. Savua ympäröivä ilma painaa savua ylöspäin.
Miksi pilvi liikkuu alaspäin sadekaudella? Sadekauden aikana pilvet sisältävät paljon vesihöyryä, joten pilvien tiheys kasvaa. Pilvet, jotka sisältävät paljon vesihöyryä ja joilla on suuri tiheys, liikkuvat alaspäin kohti paikkaa, jossa ympäröivän ilman tiheys on sama kuin pilvien tiheys. Voit kysyä ja vastata moniin tähän aiheeseen liittyviin kysymyksiin, jos olet ymmärtänyt yllä olevan selityksen hyvin ja oikein.
