Czy byłeś kiedyś na plaży w słoneczny dzień? W słoneczny dzień na plaży zawsze wieje wiatr znad morza w kierunku lądu. Dlaczego na plaży zawsze wieje wiatr i dlaczego bryza morska (wiatr wiejący znad morza w kierunku lądu) występuje w ciągu dnia, a bryza lądowa (wiatr wiejący znad lądu w kierunku morza) w nocy? Dlaczego chmury schodzą na zbocza gór w porze deszczowej? Dlaczego wiatr wydaje się chłodny? Odpowiedzi na te pytania dotyczą ciepła właściwego lądu i morza, rozszerzalności cieplnej, gęstość i przenoszenie ciepła przez konwekcję (przenoszenie ciepła). Jeśli dobrze i poprawnie zrozumiesz ten temat, będziesz w stanie odpowiedzieć na powyższe pytania, a także na inne, które mogą pojawić się później.
Przenoszenie ciepła przez przewodzenie zwykle występuje w obiektach stałych lub ze stałych do ciekłych (z ciekłych do stałych) lub ze stałych do gazowych (z gazowych do stałych). Podczas gdy przenoszenie ciepła przez konwekcję występuje zwykle w cieczach (np. wodzie) i gazach (np. powietrzu).
Konwekcyjne przenoszenie ciepła to przenoszenie ciepła w połączeniu z ruchem materii. Aby lepiej zrozumieć konwekcyjne przenoszenie ciepła, rozważmy przypadek, na przykład podgrzewanie wody za pomocą ognia. Gdy woda w pojemniku jest podgrzewana ogniem, ciepło przemieszcza się z ognia (wysoka temperatura) do pojemnika (niska temperatura) poprzez przewodzenie i promieniowanie. Następnie ciepło przemieszcza się z pojemnika (wyższa temperatura) do wody w pobliżu pojemnika (niższa temperatura) poprzez przewodzenie. Dodatkowe kalor przyczyna suhu Woda w pobliżu pojemnika zwiększa swoją objętość. Wzrost temperatury wody powoduje jej rozszerzenie lub wzrost objętości. Ponieważ objętość wody wzrasta, gęstość Woda maleje. Woda przy dnie pojemnika ma wyższą temperaturę niż woda nad nim. Innymi słowy, woda przy dnie pojemnika ma większą objętość i mniejszą gęstość, podczas gdy woda nad nią ma mniejszą objętość i większą gęstość. Różnica gęstości powoduje, że woda na powierzchni pojemnika, która ma większą gęstość, przemieszcza się w dół, a woda przy dnie pojemnika, która ma mniejszą gęstość, przemieszcza się w górę. Ten proces zachodzi nieprzerwanie, aż cała woda w środku będzie miała tę samą temperaturę (jeśli ciśnienie powietrza wynosi 1 atmosferę, woda w pojemniku wyparuje, czyli wrze w temperaturze 100°C). oDO).
Występowanie bryz lądowych i morskich wiąże się również z przenoszeniem ciepła przez przewodzenie i konwekcję. Ciepło właściwe lądu (ciepło właściwe ciała stałego) jest niższe niż wody morskiej, dlatego ląd nagrzewa się szybciej pod wpływem światła słonecznego, a także szybciej ochładza się w nocy. Ląd nagrzewa się szybciej, ogrzewając powietrze nad nim (ciepło jest przenoszone z lądu do powietrza przez przewodzenie). Temperatura powietrza, które otrzymuje dodatkowe ciepło, wzrasta, a powietrze rozszerza się. W rezultacie gęstość powietrza maleje. Z kolei temperatura wody morskiej jest niższa, więc powietrze nad powierzchnią morza jest również chłodniejsze w porównaniu z powietrzem nad powierzchnią lądu. Powietrze na poziomie morza jest zimniejsze, więc jego gęstość jest większa. Ta różnica gęstości powietrza powoduje, że powietrze na poziomie morza przesuwa się w kierunku lądu, wypychając powietrze nad nim w górę. Im dalej od powierzchni Ziemi, tym mniej powietrza powstaje z powodu malejącej siły grawitacji Ziemi. Ponieważ ilość powietrza maleje, maleje również ciśnienie powietrza. Gorące powietrze unoszące się nad lądem ochładza się, ponieważ im dalej od powierzchni Ziemi, tym niższe jest ciśnienie atmosferyczne. Zimne powietrze opada ponownie w dół, nie w kierunku powierzchni lądu, lecz w kierunku powierzchni oceanu, która ma niższą temperaturę. Proces ten zachodzi nieprzerwanie, tworząc przepływ powietrza znad morza w kierunku lądu. Krótko mówiąc, powietrze w pobliżu powierzchni morza przemieszcza się w kierunku lądu, powietrze w pobliżu powierzchni lądu unosi się, a powietrze nad nim przemieszcza się w kierunku powierzchni morza.
Dlaczego dym zawsze unosi się ku górze?
Dym unosi się, ponieważ jego temperatura jest wyższa niż temperatura otaczającego powietrza. Ponieważ temperatura dymu jest wyższa, jego objętość wzrasta, a gęstość maleje. Niższa gęstość dymu powoduje niższe ciśnienie dymu w porównaniu z ciśnieniem otaczającego powietrza. Otaczające powietrze wypycha dym ku górze.
Dlaczego chmury opadają w porze deszczowej? W porze deszczowej chmury zawierają dużo pary wodnej, co zwiększa ich gęstość. Chmury, które zawierają dużo pary wodnej i mają wysoką gęstość, opadają w kierunku miejsca, w którym otaczające powietrze ma taką samą gęstość jak chmura.
