§ 4. Тепле повітря легше холодного. Конвекція газів

Уяви собі воду в каструлі, яка стоїть на гарячій плиті. Дно посудини поступово нагрівається. Тепло від нього передається воді на дні каструлі. Це відбувається завдяки теплопровідності.

Потім вода нагрівається. Її молекули вібрують сильніше. Загальна густина цієї частини води знижується через більш активний рух молекул. Густина — це кількість речовини в одиниці об’єму. Через меншу густину тепліша частина води підіймається. Її замінює холодніша і щільніша вода з верхньої частини каструлі.

Коли більш гаряча вода підіймається, то втрачає частину свого нагріву. Вона охолоджується і стає густішою.

Водночас холодна вода, яка замінила гарячу на дні каструлі, тепер нагрілася. Вона стала менш густою і почала підійматися. Процес починається знову. У результаті в каструлі виникає рух рідини. Цей же процес відбувається в атмосфері. Таке явище спостерігаємо у повітрі кімнати з обігрівачем та в інших місцях, де є джерело тепла.

Як ти знаєш, конвекція — це переміщення нагрітих частинок (рідин або газів). Через те, що нагріті атоми швидше рухаються, вони підіймаються вгору. Їхня густина стає меншою. Нагріта речовина стає легшою. їхнє місце займають холодні частинки. Так відбувається переміщення речовин (газів і рідин).

Рух нагрітих частинок спостерігаємо на прикладі підфарбованої води (мал. 9).

Мал. 9. Рух молекул підфарбованої води під час нагрівання

Уяви собі будинок взимку. Можна помітити, що на горищі завжди дуже тепло. А в підвалі натомість — прохолодно. Це відбувається через конвекцію. Адже під час нагрівання повітря стає легшим і підіймається до стелі. Холодне повітря набагато важче, тому опускається на підлогу. Коли тепле повітря рухається до стелі, а холодне повітря опускається, ці два повітряні потоки стикаються і змішуються. Унаслідок цього тепло від теплого повітря передається холоднішому повітрю. Таким чином повітря розподіляється у кімнаті (мал. 10).

Пам’ятаючи про конвекцію, можна ефективніше обігріти або охолодити будинок. Наприклад, обігрівачі треба розташовувати ближче до підлоги, а кондиціонери — вище через те, що тепле повітря підіймається вгору, а холодне — опускається.

Мал. 10. Рух нагрітого повітря у кімнаті

У деяких духовках застосовують конвекцію. У конвекційних печах використовують вентилятори й витяжні системи. Вони забезпечують круговий рух повітря всередині духовки під час випікання, направляючи гаряче повітря прямо на продукти. Це дозволяє готувати їжу швидше та рівномірніше, ніж якби її просто поставили поряд із нагрівальними елементами духовки.

Є безліч прикладів конвекції у повсякденному житті.

Наприклад, чашка гарячого чаю, яка парує. Пара з чашки підіймається вгору. Так тепло передається повітрю. Або ж розморожування заморожених продуктів. Заморожені продукти тануть під холодною проточною водою швидше, ніж якщо їх помістити у воду. Це пов’язано з тим, що проточна вода передає тепло продуктам швидше.

Прикладом конвекції також є повітряна куля. Нагрівач усередині кулі нагріває повітря. Воно рухається вгору. Через це повітряна куля підіймається. Щоб опуститися, необхідно випустити трохи гарячого повітря. Його місце займе прохолодне повітря, яке змусить кулю опускатися.

Конвекція надзвичайно важлива в метеорології, або вивченні погоди. Потоки теплого й холодного повітря в атмосфері створюють хмари різної форми. Ними можна пояснити грози, торнадо й погодні фронти.

Висновки

Нагріте повітря менше за густиною, ніж холодне. Тому нагріте повітря підіймається вгору, а холодне опускається. Тепле повітря (як і всі гази) легше холодного.

Є безліч прикладів конвекції у повсякденному житті. Це можуть бути і звичайні побутові явища. Наприклад, закипання води або пара з чашки гарячого напою.

Прикладом конвекції, пов’язаної з рухом повітря, є повітряна куля. Нагрівам усередині повітряної кулі нагріває повітря. Воно рухається вгору. Через це куля підіймається. Щоб опуститися, необхідно випустити трохи гарячого повітря. Його місце займе прохолодне повітря, яке змусить кулю опускатися.

Конспект учня

Конвекція — це переміщення нагрітих частинок (рідин або газів). Нагріті атоми швидше рухаються. Тому вони підіймаються вгору. їхнє місце займають холодні частинки. Так відбувається переміщення речовин (газів і рідин).

Запитання і завдання

1. Що відбувається з частинками речовини (рідинами, газами) під час нагрівання?
2. Що таке конвекція?
3. Який дослід наочно показує переміщення нагрітої частини речовини?
4. Наведи приклади використання процесу конвекції у побуті.
5. Поясни схему руху повітря (мал. 11).

Мал. 11. Рух повітря

Цікаві факти

Чи знаєш ти, як утворюється морський бриз? Удень суходіл нагрівається швидше, ніж море. Тепле повітря підіймається з землі й рухається до моря. Там воно охолоджується. Йому на заміну приходить холодніше та вологіше повітря з моря. Його й називають морським бризом. Таким чином виникає кругова течія повітря.

Уночі земля остигає швидше, ніж море. Холодне повітря підіймається з суші і прямує до моря. Цей потік повітря називають береговим бризом.