Вы когда-нибудь бывали на пляже в солнечный день? В солнечный день всегда дует ветер с моря на берег. Почему на пляже всегда дует ветер, и почему морской бриз (ветер, дующий с моря на берег) возникает днем, а сухопутный бриз (ветер, дующий с суши на море) — ночью? Почему облака опускаются на склоны гор во время сезона дождей? Почему ветер кажется прохладным? Ответы на эти вопросы связаны с удельной теплоемкостью суши и моря, расширением, плотностью и теплопередачей путем конвекции ( теплопередачей ). Хорошо и правильно понимая эту тему, вы сможете ответить на приведенные выше вопросы, а также на другие вопросы, которые могут возникнуть у вас позже.
Передача тепла путем проводимости обычно происходит в твердых телах или от твердых тел к жидкостям (жидкости к твердым телам) или от твердых тел к газам (газы к твердым телам). В то же время передача тепла путем конвекции обычно происходит в жидкостях (например, воде) и газах (например, воздухе).
Конвективная теплопередача — это передача тепла, сопровождающаяся движением вещества. Для лучшего понимания конвективной теплопередачи рассмотрим случай нагревания воды огнем. Когда вода в контейнере нагревается огнем, тепло передается от огня (высокая температура) к контейнеру (низкая температура) путем проводимости и излучения. Затем тепло передается от контейнера (более высокая температура) к воде, находящейся рядом с контейнером (более низкая температура), путем проводимости. Дополнительное тепло приводит к повышению температуры воды, находящейся рядом с контейнером. Повышение температуры вызывает расширение воды, увеличивая ее объем. По мере увеличения объема ее плотность уменьшается. Вода у дна контейнера имеет более высокую температуру, чем вода над ним. Другими словами, вода у дна контейнера имеет больший объем и меньшую плотность, в то время как вода над ним имеет меньший объем и большую плотность. Разница в плотности приводит к тому, что вода на поверхности контейнера, имеющая большую плотность, движется вниз, а вода у дна контейнера, имеющая меньшую плотность, движется вверх. Этот процесс продолжается непрерывно до тех пор, пока вся вода внутри не достигнет одинаковой температуры (если давление воздуха составляет 1 атмосферу, вода в контейнере испарится, то есть закипит при температуре 100 ° C).
Возникновение сухопутных и морских бризов также связано с передачей тепла путем проводимости и конвекции. Удельная теплоемкость суши (удельная теплоемкость твердого тела) ниже, чем у морской воды, поэтому суша быстрее нагревается под воздействием солнечного света и быстрее охлаждается ночью. Суша нагревается быстрее, нагревая воздух над ней (тепло передается от суши к воздуху путем проводимости). Температура воздуха, получающего дополнительное тепло, повышается, и воздух расширяется. В результате плотность воздуха уменьшается. И наоборот, температура морской воды ниже, поэтому воздух над поверхностью моря также ниже по сравнению с воздухом над поверхностью суши. Воздух на уровне моря холоднее, поэтому его плотность выше. Эта разница в плотности воздуха заставляет воздух на уровне моря двигаться к суше, выталкивая воздух над ним вверх. Чем дальше от поверхности Земли, тем меньше воздуха образуется из-за уменьшения силы гравитации Земли. Поскольку количество воздуха уменьшается, давление воздуха также уменьшается. Горячий воздух над сушей, поднимаясь вверх, охлаждается, потому что чем дальше от поверхности Земли, тем меньше атмосферное давление. Затем холодный воздух снова опускается вниз, не к поверхности суши, а к поверхности океана, которая имеет более низкую температуру. Этот процесс происходит непрерывно, создавая поток воздуха от моря к суше. Вкратце, воздух у поверхности моря движется к суше, воздух у поверхности суши поднимается вверх, а воздух над ней движется к поверхности моря.
Почему дым всегда поднимается вверх?
Дым поднимается вверх, потому что его температура выше, чем у окружающего воздуха. Из-за более высокой температуры дыма его объем увеличивается, а плотность уменьшается. Более низкая плотность дыма приводит к более низкому давлению дыма по сравнению с давлением окружающего воздуха. Окружающий воздух выталкивает дым вверх.
Почему облака движутся вниз во время сезона дождей? В сезон дождей облака содержат много водяного пара, что увеличивает их плотность. Облака, содержащие много водяного пара и имеющие высокую плотность, движутся вниз, к месту, где окружающий воздух имеет ту же плотность, что и облако.
