Artykuł o przenoszeniu ciepła przez konwekcję
Byliście kiedyś na plaży w słoneczny dzień? W pogodny dzień, na plaży, zawsze wieje wiatr od morza. Dlaczego na plaży zawsze wieje wiatr i dlaczego bryza morska (wiatry wiejące od morza do lądu) występuje w ciągu dnia, a bryza lądowa (wiatry wiejące od lądu do morza) w nocy? Dlaczego w porze deszczowej chmury mogą opadać na stoki? Dlaczego wiatr jest odczuwalnie chłodny? Odpowiedzi na te pytania dotyczą ciepła właściwego lądu i morza, rozszerzalności, gęstości oraz wymiany ciepła przez konwekcję!
Jeśli dobrze zrozumiesz temat i będziesz go poprawnie rozumiał, będziesz w stanie odpowiedzieć na powyższe pytania, a także na inne, które możesz zadać później.
Przenoszenie ciepła przez przewodzenie zwykle zachodzi w ciałach stałych lub z ciał stałych do ciał ciekłych (i z ciał ciekłych do ciał stałych) lub z ciał stałych do ciał gazowych (i z ciał gazowych do ciał stałych). Podczas gdy przenoszenie ciepła przez konwekcję zwykle zachodzi w ciałach ciekłych (np. wodzie) i ciałach gazowych (np. powietrzu). Przenoszenie ciepła przez konwekcję to przenoszenie ciepła połączone z przenoszeniem ciał. Aby lepiej zrozumieć przenoszenie ciepła przez konwekcję, przeanalizujmy na przykład przypadek podgrzewania wody za pomocą ognia. Gdy woda w pojemniku jest podgrzewana ogniem, ciepło przemieszcza się z ognia (wysoka temperatura) do pojemnika (niska temperatura) przez przewodzenie i promieniowanie. Następnie ciepło przemieszcza się z pojemnika (wyższa temperatura) do wody w pobliżu pojemnika (niższa temperatura) przez przewodzenie. Dodatkowe ciepło powoduje wzrost temperatury wody w pobliżu pojemnika.
Rosnąca temperatura wody powoduje jej rozszerzanie się lub zwiększanie objętości. Ponieważ wraz ze wzrostem objętości wody maleje jej gęstość. Woda przy dnie naczynia ma wyższą temperaturę niż woda obok niej. Innymi słowy, woda przy dnie naczynia ma większą objętość i mniejszą gęstość, podczas gdy woda nad nią ma mniejszą objętość i większą gęstość. Różnica gęstości powoduje, że woda na powierzchni naczynia, która ma większą gęstość, przemieszcza się w dół, a woda przy dnie naczynia, która ma mniejszą gęstość, przemieszcza się w górę. Ten proces zachodzi w sposób ciągły, aż cała woda w środku osiągnie tę samą temperaturę (jeśli ciśnienie powietrza wynosi 1 atmosferę, to woda w naczyniu paruje lub wrze w temperaturze 100 ° C).
Występowanie wiatrów lądowych i bryz morskich wiąże się również z przenoszeniem ciepła przez przewodzenie i konwekcję. Ciepło właściwe lądu jest mniejsze niż ciepło właściwe wody morskiej. W związku z tym grunt nagrzewa się szybciej, gdy jest wystawiony na działanie słońca, a także zimniej, gdy zapada noc. Ciepło lądu szybciej ogrzewa powietrze powyżej (ciepło przemieszcza się z lądu do powietrza przez przewodzenie). Temperatura powietrza wzrasta, a powietrze rozszerza się. W rezultacie gęstość powietrza maleje. Wręcz przeciwnie, temperatura wody morskiej jest niższa, więc powietrze nad poziomem morza jest również zimniejsze niż powietrze na powierzchni lądu.
Powietrze na powierzchni morza jest chłodniejsze, więc jego gęstość jest wyższa. Różnica gęstości powietrza powoduje, że powietrze na powierzchni morza przemieszcza się w kierunku lądu, podczas gdy powietrze na powierzchni ziemi unosi się w górę. Im dalej od powierzchni Ziemi, tym mniejsza jest ilość powietrza, ponieważ maleje siła grawitacji Ziemi. Wraz ze zmniejszaniem się ilości powietrza maleje również ciśnienie powietrza.
Gorące powietrze na lądzie, które unosi się ku górze, ochładza się, ponieważ jest dalej od powierzchni ziemi, a ciśnienie powietrza spada. Zimne powietrze przemieszcza się następnie w dół, nie w kierunku powierzchni lądu, ale w kierunku powierzchni oceanu, gdzie panują niższe temperatury. Proces ten zachodzi nieprzerwanie, powodując przepływ powietrza od morza do lądu. Krótko mówiąc, powietrze przy powierzchni morza opada w kierunku gruntu, powietrze przy powierzchni ziemi unosi się w górę, a powietrze powyżej opada w kierunku powierzchni morza.
Dlaczego dym zawsze unosi się w górę? Dym unosi się, ponieważ jego temperatura jest wyższa niż temperatura otaczającego powietrza. Ponieważ temperatura dymu jest wyższa, jego objętość wzrasta, a gęstość maleje. Mniejsza masa dymu powoduje mniejsze ciśnienie w porównaniu z ciśnieniem otaczającego powietrza. Powietrze wokół dymu wypycha go ku górze.
Dlaczego w porze deszczowej chmury przesuwają się w dół? W porze deszczowej chmury zawierają dużo pary wodnej, co powoduje wzrost ich gęstości. Chmury, które zawierają dużo pary wodnej i mają dużą gęstość, przesuwają się w dół w kierunku miejsca, w którym powietrze w okolicy ma taką samą gęstość jak chmury. Jeśli dobrze i poprawnie zrozumiałeś powyższe wyjaśnienie, możesz zadać wiele pytań i odpowiedzieć na wiele pytań związanych z tym tematem.
