Η θερμότητα μεταφέρεται με ρεύματα

Παρουσίαση μαθήματος (πηγή: Γ.Ζερβός)

Πειραμα

Πείραμα 2ο

Τα φιδάκια της θερμότητας

Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑΦΕΡΕΤΑΙ ΜΕ ΡΕΥΜΑΤΑ (πηγή: Εγκύκλειος Παιδεία)

Εκτός από τη μετάδοση της θερμότητας με αγωγή που μάθαμε, η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί και με ρεύματα.
Μετάδοση της θερμότητας με ρεύματα λέμε τη μετακίνηση της θερμότητας στα υγρά και στα αέρια, δηλαδή στα ρευστά.

Πρόσεξε την παρακάτω εικόνα. Η μετάδοση θερμότητας από τη λυχνία στο σκεύος γίνεται με ρεύματα (αν υπήρχε εστία τότε θα μεταφέρονταν με αγωγή και στη συνέχεια με ρεύματα). Το νερό που βρίσκεται σε επαφή με το κάτω μέρος του σκεύους θερμαίνεται και κινείται ανοδικά(αυτό οφείλεται στο ότι η πυκνότητά του ελαττώνεται). Όπως ανεβαίνει μεταφέρει θερμότητα σε όλο το υγρό και καθώς ψύχεται (μεταφέροντας τη θερμότητα και αυξάνοντας την πυκνότητά του ) ακολουθεί καθοδική πορεία για να ξαναζεσταθεί και να επαναληφθεί η ίδια διαδικασία. Η κυκλική αυτή κίνηση του νερού που μεταφέρεται η θερμότητα παντού ονομάζεται μεταφορά με ρεύματα.

ΚΛΙΚ (Run Now)

Δες σε προσομοίωση την αντίδραση ενός μορίου νερού σε ένα φούρνο μικροκυμάτων ΚΛΙΚ

Εδώ πρέπει να πούμε ότι κατά τη μεταφορά θερμότητας με ρεύματα έχουμε στην πραγματικότητα μεταφορά ύλης - πράγμα που δε συμβαίνει στη μεταφορά με αγωγή.

Ας δούμε μερικές εφαρμογές μετάδοσης θερμότητας με ρεύματα

• Στο αερόθερμο

Σε ένα αερόθερμο η αντίσταση – θερμαντικό στοιχείο – ζεσταίνει τον αέρα που βρίσκεται γύρω του. Ο ζεστός αέρας ανυψώνεται και διασκορπίζεται στο δωμάτιο, ενώ τη θέση του παίρνει κρύος αέρας, ο οποίος μπαίνει στο αερόθερμο. Με αυτό τον τρόπο σταδιακά όλος ο αέρας του δωματίου περνά από το αερόθερμο και ζεσταίνεται. Πολλά αερόθερμα για πιο εύκολη και γρήγορη κυκλοφορία του αέρα χρησιμοποιούν ανεμιστήρα, που βρίσκεται τοποθετημένος στην πάνω τους μεριά

• Στην κεντρική θέρμανση των κτιρίων

Στο λεβητοστάσιο υπάρχει ο καυστήρας που καίγεται το καύσιμο. Συνήθως πετρέλαιο ή φυσικό αέριο. Η χημική ενέργεια του καυσίμου μετατρέπεται σε θερμότητα και ζεσταίνει το νερό στο λέβητα. Αυτό ανεβαίνει μέσω σωλήνων στα θερμαντικά σώματα και αποβάλλουν αυτά θερμότητα στα δωμάτια με ρεύματα μεταφοράς. Το κρύο νερό επιστρέφει δια μέσου των σωληνώσεων στο λέβητα και ξαναζεσταίνεται σε μία διαδικασία που επαναλαμβάνεται, όσο λειτουργεί ο καυστήρας και όσο υπάρχει πετρέλαιο! Για να είναι πιο γρήγορη η μεταφορά του νερού χρησιμοποιείται μια ειδική αντλία που ονομάζεται κυκλοφορητής.

Επίσης οι σωληνώσεις καλύπτονται με θερμομονωτικό υλικό για να μην υπάρχει απώλεια θερμότητας προς το μέρος που δε χρειάζεται θέρμανση.

ΚΛΙΚ

Τώρα μπορείς να σκεφτείς γιατί τα ψυγεία έχουν τους σωλήνες ψύξης στο πάνω μέρος τους;

• Στο φαινόμενο της ανοδικής πορείας του ζεστού αέρα οφείλεται και η κίνηση των αερόστατων προς τα πάνω. Στο αερόστατο μπορούμε να ελέγξουμε το ύψος στο οποίο κινείται, ανάλογα με τον αέρα που αφήνουμε από τον καυστήρα αλλά όχι όμως και την πορεία του αφού εξαρτάται από τον αέρα που το παρασύρει.

• Η διάδοση θερμότητας με μεταφορά παίζει σημαντικό ρόλο επίσης στη διαμόρφωση καιρικών καταστάσεων, ειδικά δε στους ωκεανούς αποτελεί έναν σημαντικό μηχανισμό διάδοσης θερμότητας σε γεωφυσική κλίμακα.

Συγκεκριμένα ο αέρας που κινείται από τη θάλασσα προς τη στεριά, λέγεται θαλάσσια αύρα και γίνεται γιατί κατά τη διάρκεια της ημέρας ο ήλιος ζεσταίνει πιο πολύ τη στεριά από ότι τη θάλασσα. Ο ζεστός αέρας ανεβαίνει προς τα πάνω και τη θέση του παίρνει ο κρύος αέρας που έρχεται από τη θάλασσα. Επειδή όμως το βράδυ συμβαίνει ακριβώς η αντίθετη κίνηση έχουμε την απόγεια αύρα

ΚΛΙΚ

Το πιο διάσημο θερμό ρεύμα στη θάλασσα είναι το ρεύμα του κόλπου του Μεξικού(Gulf Stream) , που μεταφέρει θερμές μάζες θαλάσσιου νερού από το Μεξικό στη Βόρεια Θάλασσα επηρεάζοντας το κλίμα των χωρών της Δυτικής Ευρώπης, αφού το κάνει πιο ήπιο.