คุณเคยไปเที่ยวชายหาดในวันที่แดดจ้าไหม? ในวันที่แดดจ้า มักจะมีลมพัดจากทะเลเข้าสู่ฝั่งบนชายหาดเสมอ ทำไมจึงมีลมพัดบนชายหาดอยู่เสมอ และทำไมจึงเกิดลมทะเล (ลมที่พัดจากทะเลเข้าสู่ฝั่ง) ในเวลากลางวัน และลมบก (ลมที่พัดจากฝั่งเข้าสู่ทะเล) ในเวลากลางคืน? ทำไมเมฆจึงปกคลุมเนินเขาในช่วงฤดูฝน? ทำไมลมจึงรู้สึกเย็น? คำตอบของคำถามเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความร้อนจำเพาะของพื้นดินและทะเล การขยายตัว ความหนาแน่นและการถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อน ( การถ่ายเทความร้อน ) การเข้าใจหัวข้อนี้อย่างถูกต้องจะช่วยให้คุณสามารถตอบคำถามข้างต้นและคำถามอื่นๆ ที่คุณอาจถามในภายหลังได้
การถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนมักเกิดขึ้นในของแข็ง หรือจากของแข็งไปยังของเหลว (ของเหลวไปยังของแข็ง) หรือจากของแข็งไปยังก๊าซ (ก๊าซไปยังของแข็ง) ส่วนการถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อนมักเกิดขึ้นในของเหลว (เช่น น้ำ) และก๊าซ (เช่น อากาศ)
การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน คือการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนที่ของสสาร เพื่อให้เข้าใจการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนได้ดีขึ้น ลองพิจารณากรณีเช่น การให้ความร้อนแก่น้ำโดยใช้ไฟ เมื่อน้ำในภาชนะถูกให้ความร้อนด้วยไฟ ความร้อนจะเคลื่อนจากไฟ (อุณหภูมิสูง) ไปยังภาชนะ (อุณหภูมิต่ำ) โดยการนำความร้อนและการแผ่รังสี จากนั้นความร้อนจะเคลื่อนจากภาชนะ (อุณหภูมิสูงกว่า) ไปยังน้ำที่อยู่ใกล้ภาชนะ (อุณหภูมิต่ำกว่า) โดย การนำความ ร้อน ความร้อนที่เพิ่มขึ้น ทำให้อุณหภูมิของน้ำที่อยู่ใกล้ภาชนะสูงขึ้น การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้น้ำขยายตัว ปริมาตรเพิ่มขึ้น เมื่อปริมาตรเพิ่มขึ้นความหนาแน่นจะลดลง น้ำที่อยู่ใกล้ก้นภาชนะจะมีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำที่อยู่ด้านบน กล่าวอีกนัยหนึ่ง น้ำที่อยู่ใกล้ก้นภาชนะมีปริมาตรมากกว่าและมีความหนาแน่นต่ำกว่า ในขณะที่น้ำที่อยู่ด้านบนมีปริมาตรน้อยกว่าและมีความหนาแน่นสูงกว่า ความแตกต่างของความหนาแน่นทำให้ น้ำที่อยู่บนผิวภาชนะซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่า เคลื่อนที่ลงด้านล่าง และน้ำที่อยู่ใกล้ก้นภาชนะซึ่งมีความหนาแน่นน้อยกว่า เคลื่อนที่ขึ้นด้านบน กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกว่าน้ำทั้งหมดภายในภาชนะจะมีอุณหภูมิเท่ากัน (หากความดันอากาศอยู่ที่ 1 บรรยากาศ น้ำในภาชนะจะระเหยหรือเดือดที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส)
การเกิดลมบกและลมทะเลเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนและการพาความร้อน ค่าความร้อนจำเพาะของพื้นดิน (ค่าความร้อนจำเพาะของของแข็ง) ต่ำกว่าของน้ำทะเล ดังนั้นพื้นดินจึงร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับแสงแดดและเย็นลงอย่างรวดเร็วในเวลากลางคืน พื้นดินร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและทำให้อากาศด้านบนร้อนขึ้นด้วย (ความร้อนถ่ายเทจากพื้นดินสู่อากาศโดยการนำความร้อน) อุณหภูมิของอากาศที่ได้รับความร้อนเพิ่มเติมจะเพิ่มขึ้นและอากาศจะขยายตัว ส่งผลให้ความหนาแน่นของอากาศลดลง ในทางกลับกัน อุณหภูมิของน้ำทะเลเย็นกว่า ดังนั้นอากาศเหนือผิวน้ำทะเลจึงเย็นกว่าเมื่อเทียบกับอากาศเหนือพื้นดิน อากาศที่ระดับน้ำทะเลเย็นกว่า ดังนั้นความหนาแน่นจึงมากกว่า ความแตกต่างของความหนาแน่นของอากาศนี้ทำให้อากาศที่ระดับน้ำทะเลเคลื่อนที่เข้าหาพื้นดิน ผลักอากาศด้านบนขึ้นไป ยิ่งไกลจากพื้นผิวโลกมากเท่าใด ปริมาณอากาศที่ผลิตได้ก็จะยิ่งน้อยลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกลดลง เนื่องจากปริมาณอากาศลดลง ความดันอากาศจึงลดลงด้วย อากาศร้อนเหนือพื้นดินที่เคลื่อนตัวขึ้นไปจะเย็นลงเนื่องจากยิ่งอยู่ห่างจากพื้นผิวโลก ความดันอากาศก็จะยิ่งน้อยลง จากนั้นอากาศเย็นก็จะเคลื่อนตัวลงมาอีกครั้ง ไม่ใช่ไปยังพื้นผิวโลก แต่ไปยังพื้นผิวทะเลซึ่งมีอุณหภูมิที่เย็นกว่า กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดการไหลเวียนของอากาศจากทะเลสู่พื้นดิน กล่าวโดยสรุป อากาศใกล้พื้นผิวทะเลเคลื่อนตัวไปยังพื้นดิน อากาศใกล้พื้นผิวโลกเคลื่อนตัวขึ้น และอากาศเหนือพื้นดินเคลื่อนตัวไปยังพื้นผิวทะเล
ทำไมควันถึงลอยขึ้นด้านบนเสมอ?
ควันลอยขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิของควันสูงกว่าอากาศโดยรอบ เมื่ออุณหภูมิของควันสูงขึ้น ปริมาตรของควันจึงเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นลดลง ความหนาแน่นที่ต่ำกว่าของควันส่งผลให้ความดันของควันต่ำกว่าความดันของอากาศโดยรอบ อากาศโดยรอบจึงดันควันขึ้นไปด้านบน
ทำไมเมฆจึงเคลื่อนตัวลงต่ำในช่วงฤดูฝน? ในช่วงฤดูฝน เมฆจะมีไอน้ำอยู่มาก ทำให้ความหนาแน่นเพิ่มขึ้น เมฆที่มีไอน้ำมากและมีความหนาแน่นสูงจึงเคลื่อนตัวลงต่ำไปยังบริเวณที่อากาศโดยรอบมีความหนาแน่นเท่ากับเมฆนั้น
