Bạn đã bao giờ đến bãi biển vào một ngày nắng chưa? Vào một ngày nắng, luôn có gió thổi từ biển vào đất liền trên bãi biển. Tại sao luôn có gió trên bãi biển và tại sao lại có gió biển (gió thổi từ biển vào đất liền) vào ban ngày, còn gió đất liền (gió thổi từ đất liền ra biển) lại xảy ra vào ban đêm? Tại sao mây lại kéo đến sườn núi vào mùa mưa? Tại sao gió lại có cảm giác mát lạnh? Câu trả lời cho những câu hỏi này liên quan đến nhiệt dung riêng của đất và biển, sự giãn nở, mật độ và sự truyền nhiệt đối lưu . Bằng cách hiểu rõ và chính xác chủ đề này, bạn có thể trả lời các câu hỏi trên và những câu hỏi khác mà bạn có thể thắc mắc sau này.
Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt thường xảy ra trong chất rắn hoặc từ chất rắn sang chất lỏng (chất lỏng sang chất rắn) hoặc từ chất rắn sang chất khí (chất khí sang chất rắn). Trong khi đó, truyền nhiệt bằng đối lưu thường xảy ra trong chất lỏng (ví dụ: nước) và chất khí (ví dụ: không khí).
Truyền nhiệt đối lưu là sự truyền nhiệt kèm theo sự chuyển động của vật chất. Để hiểu rõ hơn về truyền nhiệt đối lưu, hãy xem xét trường hợp đun nóng nước bằng lửa. Khi nước trong một vật chứa được đun nóng bằng lửa, nhiệt truyền từ lửa (nhiệt độ cao) đến vật chứa (nhiệt độ thấp) bằng dẫn nhiệt và bức xạ. Sau đó, nhiệt truyền từ vật chứa (nhiệt độ cao hơn) đến nước gần vật chứa (nhiệt độ thấp hơn) bằng dẫn nhiệt. Lượng nhiệt bổ sung làm tăng nhiệt độ của nước gần vật chứa. Sự tăng nhiệt độ khiến nước giãn nở, làm tăng thể tích của nó. Khi thể tích tăng, mật độ của nó giảm. Nước gần đáy vật chứa có nhiệt độ cao hơn nước phía trên nó. Nói cách khác, nước gần đáy vật chứa có thể tích lớn hơn và mật độ thấp hơn, trong khi nước phía trên nó có thể tích nhỏ hơn và mật độ cao hơn. Sự khác biệt về mật độ khiến nước trên bề mặt vật chứa, có mật độ lớn hơn, chuyển động xuống dưới và nước gần đáy vật chứa, có mật độ nhỏ hơn, chuyển động lên trên. Quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi toàn bộ nước bên trong có cùng nhiệt độ (Nếu áp suất không khí là 1 atm, nước trong bình sẽ bay hơi, tức là sôi ở nhiệt độ 100 ° C).
Sự xuất hiện của gió đất liền và gió biển cũng liên quan đến sự truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt và đối lưu. Nhiệt dung riêng của đất (nhiệt dung riêng của chất rắn) thấp hơn nhiệt dung riêng của nước biển, do đó đất nóng lên nhanh hơn khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và cũng nguội đi nhanh hơn vào ban đêm. Đất nóng lên nhanh hơn, làm nóng không khí phía trên nó (nhiệt truyền từ đất sang không khí bằng dẫn nhiệt). Nhiệt độ của không khí nhận được nhiệt lượng bổ sung tăng lên và không khí giãn nở. Kết quả là, mật độ của không khí giảm xuống. Ngược lại, nhiệt độ của nước biển lạnh hơn, vì vậy không khí phía trên mặt biển cũng lạnh hơn so với không khí phía trên mặt đất. Không khí ở mực nước biển lạnh hơn, vì vậy mật độ của nó lớn hơn. Sự khác biệt về mật độ không khí này khiến không khí ở mực nước biển di chuyển về phía đất liền, đẩy không khí phía trên nó lên trên. Càng xa bề mặt Trái đất, lượng không khí được tạo ra càng ít do lực hấp dẫn của Trái đất giảm dần. Vì lượng không khí giảm đi, áp suất không khí cũng giảm xuống. Không khí nóng phía trên đất liền khi di chuyển lên trên sẽ nguội đi vì càng xa bề mặt Trái đất, áp suất không khí càng giảm. Không khí lạnh sau đó lại di chuyển xuống dưới, không phải hướng về bề mặt đất liền mà hướng về bề mặt đại dương, nơi có nhiệt độ thấp hơn. Quá trình này diễn ra liên tục, tạo ra dòng chảy không khí từ biển vào đất liền. Tóm lại, không khí gần mặt biển di chuyển về phía đất liền, không khí gần bề mặt đất liền di chuyển lên trên, và không khí phía trên nó di chuyển về phía mặt biển.
Tại sao khói luôn bốc lên trên?
Khói bốc lên vì nhiệt độ của nó cao hơn không khí xung quanh. Do nhiệt độ của khói cao hơn, thể tích của nó tăng lên và mật độ giảm xuống. Mật độ thấp hơn của khói dẫn đến áp suất của khói thấp hơn so với áp suất không khí xung quanh. Không khí xung quanh đẩy khói lên trên.
Tại sao mây lại di chuyển xuống dưới trong mùa mưa? Trong mùa mưa, mây chứa nhiều hơi nước, làm tăng mật độ của chúng. Những đám mây chứa nhiều hơi nước và có mật độ cao sẽ di chuyển xuống dưới, đến nơi có không khí xung quanh có cùng mật độ với đám mây.
