Ben je wel eens op een zonnige dag op het strand geweest? Op een zonnige dag waait er altijd een wind van de zee naar het land. Waarom waait het altijd op het strand en waarom is er overdag een zeebries (wind die van de zee naar het land waait) en 's nachts een landbries (wind die van het land naar de zee waait)? Waarom dalen er wolken neer op berghellingen tijdens het regenseizoen? Waarom voelt de wind koel aan? De antwoorden op deze vragen hebben te maken met de soortelijke warmte van land en zee, uitzetting, dichtheid en warmteoverdracht door convectie . Door dit onderwerp goed en correct te begrijpen, kun je de bovenstaande vragen en andere vragen die je later misschien hebt, beantwoorden.
Warmteoverdracht door geleiding vindt meestal plaats in vaste stoffen of van vaste stoffen naar vloeistoffen (vloeistoffen naar vaste stoffen) of van vaste stoffen naar gassen (gassen naar vaste stoffen). Warmteoverdracht door convectie vindt daarentegen meestal plaats in vloeistoffen (bijv. water) en gassen (bijv. lucht).
Warmteoverdracht door convectie is de overdracht van warmte die gepaard gaat met de beweging van materie. Om warmteoverdracht door convectie beter te begrijpen, nemen we een voorbeeld, zoals water dat wordt verwarmd met vuur. Wanneer water in een bak wordt verwarmd met vuur, verplaatst warmte zich van het vuur (hoge temperatuur) naar de bak (lage temperatuur) door geleiding en straling. Vervolgens verplaatst warmte zich van de bak (hogere temperatuur) naar het water in de buurt van de bak (lagere temperatuur) door geleiding. De extra warmte zorgt ervoor dat de temperatuur van het water in de buurt van de bak stijgt. Door de temperatuurstijging zet het water uit, waardoor het volume toeneemt. Naarmate het volume toeneemt, neemt de dichtheid af. Het water onderin de bak heeft een hogere temperatuur dan het water erboven. Met andere woorden, het water onderin de bak heeft een groter volume en een lagere dichtheid, terwijl het water erboven een kleiner volume en een hogere dichtheid heeft. Het verschil in dichtheid zorgt ervoor dat het water aan het oppervlak van de bak, dat een hogere dichtheid heeft, naar beneden beweegt en het water onderin de bak, dat een lagere dichtheid heeft, naar boven beweegt. Dit proces gaat continu door totdat al het water binnenin dezelfde temperatuur heeft (als de luchtdruk 1 atmosfeer is, zal het water in de container verdampen, oftewel koken, bij een temperatuur van 100 ° C).
Het ontstaan van land- en zeewinden omvat ook warmteoverdracht door geleiding en convectie. De soortelijke warmte van land (de soortelijke warmte van een vaste stof) is lager dan die van zeewater. Daarom warmt land sneller op wanneer het wordt blootgesteld aan zonlicht en koelt het 's nachts ook sneller af. Doordat het land sneller opwarmt, verwarmt ook de lucht erboven (warmteoverdracht van land naar lucht door geleiding). De temperatuur van de lucht die de extra warmte ontvangt, stijgt en de lucht zet uit. Als gevolg hiervan neemt de dichtheid van de lucht af. Omgekeerd is de temperatuur van zeewater lager, waardoor de lucht boven het zeeoppervlak ook kouder is dan de lucht boven het landoppervlak. De lucht op zeeniveau is kouder, dus de dichtheid ervan is groter. Dit verschil in luchtdichtheid zorgt ervoor dat de lucht op zeeniveau naar het land toe beweegt en de lucht erboven omhoog duwt. Hoe verder van het aardoppervlak, hoe minder lucht er wordt geproduceerd door de afnemende zwaartekracht van de aarde. Omdat de hoeveelheid lucht afneemt, neemt ook de luchtdruk af. De warme lucht boven het land die opstijgt, koelt af omdat de luchtdruk lager is naarmate de afstand tot het aardoppervlak groter wordt. De koude lucht daalt vervolgens weer, niet richting het landoppervlak, maar richting het oceaanoppervlak, dat een lagere temperatuur heeft. Dit proces vindt continu plaats en creëert een luchtstroom van de zee naar het land. Kortom, lucht nabij het zeeoppervlak beweegt richting het land, lucht nabij het landoppervlak stijgt op en lucht erboven beweegt richting het zeeoppervlak.
Waarom stijgt rook altijd op?
Rook stijgt op omdat de temperatuur ervan hoger is dan die van de omringende lucht. Doordat de temperatuur van de rook hoger is, neemt het volume toe en de dichtheid af. De lagere dichtheid van de rook resulteert in een lagere rookdruk in vergelijking met de luchtdruk in de omgeving. De omringende lucht duwt de rook omhoog.
Waarom dalen wolken tijdens het regenseizoen? Tijdens het regenseizoen bevatten wolken veel waterdamp, waardoor hun dichtheid toeneemt. Wolken met veel waterdamp en een hoge dichtheid dalen af naar een plek waar de omringende lucht dezelfde dichtheid heeft als de wolk.
