Cikk a konvekciós hőátadásról
Voltál már napsütéses tengerparton? Tiszta időben a tengerparton mindig fúj a szél a tenger felől. Miért van mindig szél a tengerparton, és miért nappal fúj a tengeri szél (a tenger felől a szárazföld felé fújó szél), míg éjszaka a szárazföldi szél (a szárazföld felől a tenger felé fújó szél)? Miért hullhatnak le a felhők a lejtőkre az esős évszakban? Miért hűvösnek érződik a szél? A kérdésekre adott válaszok a szárazföld és a tenger fajhőjére, a tágulásra, a sűrűségre és a konvekciós hőátadásra vonatkoznak!
A téma jó és helyes megértésével megválaszolhatod a fenti kérdéseket és más, később felmerülő kérdéseket is.
A hővezetéses hőátadás általában szilárd testekben, szilárd testekről folyékony testekre (és folyékony testekről szilárd testekre), vagy szilárd testekről gáz halmazállapotú testekre (és gáz testekről szilárd testekre) történik. Míg a konvekciós hőátadás jellemzően folyékony testekben (pl. vízben) és gáz halmazállapotú testekben (pl. vízben) történik. A konvekciós hőátadás olyan hőátadás, amely testek átvitelével jár. A hőátadás jobb megértése érdekében tekintsünk át egy esetet, például a tűzzel melegített vizet. Amikor egy tartályban lévő vizet tűzzel melegítünk, a hő hővezetés és sugárzás útján a tűzből (magas hőmérséklet) az edénybe (alacsony hőmérséklet) jut. Ezután a hő hővezetés útján a tartályból (magasabb hőmérséklet) a tartály közelében lévő vízbe (alacsonyabb hőmérséklet) jut. A további hő a tartály közelében lévő víz hőmérsékletének emelkedését okozza.
A növekvő vízhőmérséklet a víz tágulását, vagyis a víz térfogatának növekedését okozza. Mivel a víz térfogatának növekedésével a víz sűrűsége csökken, a tartály alja közelében lévő víz hőmérséklete magasabb, mint a mellette lévő vízé. Más szóval, a tartály alja közelében lévő víz térfogata nagyobb és sűrűsége kisebb, míg a felette lévő víz térfogata kisebb és sűrűsége nagyobb. A sűrűségkülönbség miatt a tartály felületén lévő, nagyobb sűrűségű víz lefelé, a tartály alja közelében lévő, kisebb sűrűségű víz pedig felfelé mozog. Ez a folyamat folyamatosan zajlik, amíg a tartályban lévő összes víz hőmérséklete el nem éri az azonos hőmérsékletet (Ha a légnyomás 1 atmoszféra, akkor a tartályban lévő víz 100 ° C-on párolog vagy forrásban van).
A szárazföldi és tengeri szelek előfordulása szintén hővezetéssel és hőáramlással jár. A szárazföldi szelek fajhője kisebb, mint a tengervíz fajhője. Ezért a talaj gyorsabban melegszik fel, amikor ki van téve a napnak, és hidegebb is, amikor leszáll az éjszaka. A szárazföldi hő gyorsabban melegíti fel a felette lévő levegőt (a hő hővezetéssel jut a szárazföldről a levegőbe). A levegő hőmérséklete emelkedik, és a levegő kitágul. Ennek eredményeként a levegő sűrűsége csökken. Épp ellenkezőleg, a tengervíz hőmérséklete hidegebb, így a tengerszint feletti levegő is hidegebb, mint a szárazföldi levegő.
A tengerfelszínen lévő levegő hűvösebb, ezért a sűrűsége nagyobb. A levegő sűrűségbeli különbsége miatt a tengerfelszínen lévő levegő a szárazföld felé mozog, míg a talajon lévő levegő felfelé mozog. Minél távolabb van a földfelszíntől, annál kevesebb a levegő mennyisége, mert a Föld gravitációs ereje csökken. Mivel a levegő mennyisége csökken, a légnyomás is csökken.
A felfelé mozgó szárazföldön lévő forró levegő lehűlt, mivel távolabb van a földfelszíntől, így a légnyomás csökken. A hideg levegő ezután lefelé áramlik, de nem a szárazföld, hanem az óceán felszíne felé, ahol fagypont alatti hőmérséklet uralkodik. Ez a folyamat folyamatosan zajlik, így a levegő áramlása a tenger felől a szárazföldre történik. Röviden, a tengerfelszín közelében lévő levegő a talaj felé áramlik, a földfelszín közelében lévő levegő felfelé, a felette lévő levegő pedig a tengerfelszín felé áramlik.
Miért emelkedik mindig felfelé a füst? A füst azért emelkedik felfelé, mert a hőmérséklete magasabb, mint a környező levegő hőmérséklete. Mivel a füst hőmérséklete magasabb, a térfogata növekszik, a sűrűsége pedig csökken. A kisebb füsttömeg kisebb nyomást okoz, mint a környező légnyomás. A füstöt körülvevő levegő felfelé nyomja a füstöt.
Miért húzódnak lefelé a felhők az esős évszakban? Az esős évszakban a felhők sok vízgőzt tartalmaznak, így a felhők sűrűsége megnő. A sok vízgőzt tartalmazó és nagy sűrűségű felhők lefelé húzódnak arra a helyre, ahol a környező levegő sűrűsége megegyezik a felhő sűrűségével. Sok kérdést tehetsz fel és válaszolhatsz meg a témával kapcsolatban, ha jól és helyesen érted a fenti magyarázatot.
