Статья о теплопередаче конвекцией
Вы когда-нибудь бывали на пляже в солнечную погоду? В ясный день на пляже всегда дует морской ветер. Почему на пляже всегда дует ветер, и почему морской бриз (ветер, дующий с моря на сушу) возникает днем, а сухопутный бриз (ветер, дующий с суши на море) — ночью? Почему в сезон дождей облака могут опускаться на склоны? Почему ветер кажется прохладным? Ответы на эти вопросы связаны с удельной теплоемкостью суши и моря, расширением, плотностью и теплопередачей конвекцией!
Хорошо и правильно понимая предмет, 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 объектах или от твердых объектов к жидким (и от жидких к твердым объектам) или от твердых объектов к газообразным (и от газообразных к твердым объектам). В то время как передача тепла путем конвекции обычно происходит в жидких объектах (например, воде) и газообразных объектах (например, воде). Передача тепла путем конвекции — это передача тепла, сопровождающаяся перемещением объектов. Чтобы лучше понять передачу тепла путем конвекции, рассмотрим пример, например, нагревание 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 рядом с контейнером (более низкая температура) путем проводимости. Дополнительное тепло приводит к повышению температуры воды рядом с контейнером.
Повышение температуры воды приводит к её расширению или увеличению объёма. Это происходит потому, что с увеличением объёма воды её плотность уменьшается. Вода у дна контейнера имеет более высокую температуру, чем вода рядом с ней. Другими словами, вода у дна контейнера имеет больший объём и меньшую плотность, в то время как вода над ним имеет меньший объём и большую плотность. Разница в плотности приводит к тому, что вода на поверхности контейнера, имеющая большую плотность, опускается вниз, а вода у дна контейнера, имеющая меньшую плотность, поднимается вверх. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся вода внутри не достигнет одинаковой температуры (если атмосферное давление составляет 1 атмосферу, то вода в контейнере испаряется или кипит при 100 ° C).
Возникновение сухопутных и морских ветров также включает в себя передачу тепла путем проводимости и конвекции. Удельная теплоемкость суши меньше, чем удельная теплоемкость морской воды. Следовательно, земля нагревается быстрее под воздействием солнца и охлаждается с наступлением ночи. Тепло суши быстрее нагревает воздух над ней (тепло передается от суши к воздуху путем проводимости). Температура воздуха повышается, и воздух расширяется. В результате плотность воздуха уменьшается. Напротив, температура морской воды ниже, поэтому воздух над уровнем моря также холоднее, чем воздух на поверхности суши.
Воздух на поверхности моря холоднее, поэтому его плотность выше. Разница в плотности воздуха приводит к тому, что воздух на поверхности моря движется к суше, а воздух на поверхности земли поднимается вверх. Чем дальше от поверхности Земли, тем меньше воздуха, поскольку сила гравитации Земли уменьшается. Из-за уменьшения количества воздуха уменьшается и атмосферное давление.
Горячий воздух над сушей, поднимаясь вверх, охлаждается, потому что находится дальше от поверхности Земли, и атмосферное давление уменьшается. Затем холодный воздух опускается вниз, не к поверхности суши, а к поверхности океана, где температура ниже нуля. Этот процесс происходит непрерывно, обеспечивая поток воздуха от моря к суше. Короче говоря, воздух у поверхности моря движется к земле, воздух у поверхности Земли поднимается вверх, а воздух над ней движется к поверхности моря.
Почему дым всегда поднимается вверх? Дым поднимается вверх, потому что его температура выше, чем температура окружающего воздуха. Из-за более высокой температуры дыма его объем увеличивается, а плотность уменьшается. Меньшая масса дыма создает меньшее давление по сравнению с давлением окружающего воздуха. Воздух вокруг дыма выталкивает его вверх.
Почему в сезон дождей облака опускаются вниз? В сезон дождей облака содержат много водяного пара, поэтому их плотность увеличивается. Облака, содержащие много водяного пара и имеющие высокую плотность, движутся вниз, к месту, где плотность окружающего воздуха равна плотности облаков. Если вы правильно поняли приведенное выше объяснение, вы сможете задать множество вопросов и получить на них ответы.
