บทความเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อน
เคยไปทะเลตอนแดดจัดไหม? ในวันที่อากาศแจ่มใส บนชายหาดจะมีลมพัดมาจากทะเลเสมอ ทำไมจึงมีลมพัดบนชายหาดอยู่เสมอ และทำไมลมทะเล (ลมที่พัดจากทะเลเข้าสู่ฝั่ง) จึงเกิดขึ้นในเวลากลางวัน และลมบก (ลมที่พัดจากฝั่งเข้าสู่ทะเล) จึงเกิดขึ้นในเวลากลางคืน? ทำไมในฤดูฝน เมฆจึงสามารถพัดลงมายังเนินเขาได้? ทำไมลมจึงรู้สึกเย็น? คำตอบของคำถามเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความร้อนจำเพาะของพื้นดินและทะเล การขยายตัว ความหนาแน่น และการถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อน!
เมื่อคุณเข้าใจเนื้อหาอย่างถ่องแท้และถูกต้อง คุณก็จะสามารถตอบคำถามข้างต้นและคำถามอื่นๆ ที่คุณอาจถามในภายหลังได้
การถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนมักเกิดขึ้นในวัตถุที่เป็นของแข็ง หรือจากวัตถุที่เป็นของแข็งไปยังวัตถุที่เป็นของเหลว (และจากวัตถุที่เป็นของเหลวไปยังวัตถุที่เป็นของแข็ง) หรือจากวัตถุที่เป็นของแข็งไปยังวัตถุที่เป็นก๊าซ (และจากวัตถุที่เป็นก๊าซไปยังวัตถุที่เป็นของแข็ง) ในขณะที่การถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อนมักเกิดขึ้นในวัตถุที่เป็นของเหลว (เช่น น้ำ) และวัตถุที่เป็นก๊าซ (เช่น น้ำ) การถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนย้ายวัตถุ เพื่อให้คุณเข้าใจการถ่ายเทความร้อนโดยการพาความร้อนได้ดียิ่งขึ้น ลองพิจารณากรณีตัวอย่าง เช่น การให้ความร้อนแก่น้ำโดยใช้ไฟ เมื่อน้ำในภาชนะถูกให้ความร้อนด้วยไฟ ความร้อนจะเคลื่อนที่จากไฟ (อุณหภูมิสูง) ไปยังภาชนะ (อุณหภูมิต่ำ) โดยการนำความร้อนและการแผ่รังสี จากนั้น ความร้อนจะเคลื่อนที่จากภาชนะ (อุณหภูมิสูงกว่า) ไปยังน้ำที่อยู่ใกล้ภาชนะ (อุณหภูมิต่ำกว่า) โดยการนำความร้อน ความร้อนที่เพิ่มขึ้นนี้จะทำให้อุณหภูมิของน้ำที่อยู่ใกล้ภาชนะสูงขึ้น
การเพิ่มอุณหภูมิของน้ำทำให้ปริมาตรของน้ำขยายตัว เนื่องจากเมื่อปริมาตรของน้ำเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของน้ำจะลดลง น้ำที่อยู่ใกล้ก้นภาชนะจะมีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำที่อยู่ถัดไป กล่าวอีกนัยหนึ่ง น้ำที่อยู่ใกล้ก้นภาชนะจะมีปริมาตรมากกว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่า ในขณะที่น้ำที่อยู่ด้านบนจะมีปริมาตรน้อยกว่าและมีความหนาแน่นมากกว่า ความแตกต่างของความหนาแน่นนี้ทำให้น้ำที่อยู่บนผิวภาชนะซึ่งมีความหนาแน่นสูงกว่าเคลื่อนที่ลง และน้ำที่อยู่ใกล้ก้นภาชนะซึ่งมีความหนาแน่นน้อยกว่าเคลื่อนที่ขึ้น กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกว่าน้ำทั้งหมดภายในภาชนะจะมีอุณหภูมิเท่ากัน (ถ้าความดันอากาศเท่ากับ 1 บรรยากาศ น้ำในภาชนะจะระเหยหรือเดือดที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส)
การเกิดลมบกและลมทะเลเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนและการพาความร้อน ความร้อนจำเพาะของพื้นดินมีค่าน้อยกว่าความร้อนจำเพาะของน้ำทะเล ดังนั้นพื้นดินจึงร้อนขึ้นเร็วกว่าเมื่อสัมผัสกับแสงแดด และเย็นลงเมื่อถึงเวลากลางคืน ความร้อนจากพื้นดินจะส่งผ่านความร้อนไปยังอากาศด้านบนได้เร็วกว่า (ความร้อนเคลื่อนจากพื้นดินสู่อากาศโดยการนำความร้อน) อุณหภูมิของอากาศเพิ่มขึ้นและอากาศขยายตัว ส่งผลให้ความหนาแน่นของอากาศลดลง ในทางตรงกันข้าม อุณหภูมิของน้ำทะเลเย็นกว่า ดังนั้นอากาศเหนือระดับน้ำทะเลจึงเย็นกว่าอากาศบนพื้นดินด้วย
อากาศบนผิวน้ำทะเลเย็นกว่า จึงมีความหนาแน่นสูงกว่า ความแตกต่างของความหนาแน่นของอากาศนี้ทำให้อากาศบนผิวน้ำทะเลเคลื่อนที่เข้าหาฝั่ง ในขณะที่อากาศบนพื้นดินเคลื่อนที่ขึ้นไปด้านบน ยิ่งไกลจากพื้นผิวโลกมากเท่าไหร่ ปริมาณอากาศก็จะยิ่งลดลง เพราะแรงโน้มถ่วงของโลกลดลง และเนื่องจากปริมาณอากาศลดลง ความดันอากาศจึงลดลงด้วย
อากาศร้อนบนพื้นดินที่เคลื่อนตัวขึ้นไปนั้นเย็นลงเนื่องจากอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกมากขึ้น ความดันอากาศจึงลดลง จากนั้นอากาศเย็นจะเคลื่อนตัวลงมา ไม่ใช่ลงมาที่พื้นผิวโลก แต่ลงมาที่พื้นผิวมหาสมุทรซึ่งมีอุณหภูมิเยือกแข็งกว่า กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดการไหลเวียนของอากาศจากทะเลสู่พื้นดิน กล่าวโดยสรุปคือ อากาศใกล้พื้นผิวทะเลเคลื่อนตัวลงสู่พื้นดิน อากาศใกล้พื้นผิวโลกเคลื่อนตัวขึ้นไป และอากาศด้านบนเคลื่อนตัวลงสู่พื้นผิวทะเล
ทำไมควันจึงลอยขึ้นเสมอ? ควันลอยขึ้นเพราะอุณหภูมิของควันสูงกว่าอุณหภูมิของอากาศโดยรอบ เมื่ออุณหภูมิของควันสูงขึ้น ปริมาตรจึงเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นลดลง มวลของควันที่น้อยกว่าทำให้ความดันลดลงเมื่อเทียบกับความดันของอากาศโดยรอบ อากาศรอบๆ ควันจึงดันควันขึ้นไปด้านบน
ทำไมเมฆถึงเคลื่อนตัวลงต่ำในฤดูฝน? ในฤดูฝน เมฆจะมีไอน้ำอยู่มาก ทำให้ความหนาแน่นของเมฆเพิ่มขึ้น เมฆที่มีไอน้ำมากและมีความหนาแน่นสูงจะเคลื่อนตัวลงต่ำไปยังบริเวณที่อากาศโดยรอบมีความหนาแน่นเท่ากับความหนาแน่นของเมฆ หากคุณเข้าใจคำอธิบายข้างต้นอย่างถูกต้อง คุณสามารถตั้งคำถามและตอบคำถามต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ได้มากมาย
