نمونه‌های همرفت

همرفت یکی از سه حالت انتقال گرماست; تابش و رسانش دو حالت دیگر هستند. همرفت عبارت است از حرکت مولکول‌ها در داخل سیالات. انتقال گرما به روش همرفت توسط حرکت مولکولی در سیالات ایجاد می‌شود. مولکول‌ها هنگامی که گرما داده می‌شوند، دمای آن‌ها افزایش می‌یابد و از همدیگر دور می‌شوند. به خاطر این حرکت است که انتقال گرما رخ می‌دهد.
در انتقال گرما به روش همرفت، حرکت فیزیکی مایع بر خلاف رسانش صورت می‌گیرد. این حرکت‌های فیزیکی با عنوان جریان‌های همرفت شناخته می‌شوند. این جریان‌ها علت ایجاد جریان‌های اقیانوسی و نسیم‌ها هستند.

آزمایش جریان‌های همرفت

آزمایش زیر را انجام دهید تا تأثیر جریان‌های همرفت و جریان گرما در سیالات را مشاهده کنید.
مواد مورد نیاز: دو عدد بطری خالی ، رنگ غذای مایع ، مقوا ، آب

روش

آب را در یک کتری گرما بدهید و آن را به داخل یکی از بطری‌ها بریزید. چند قطره از رنگ غذا را به آب گرم اضافه کنید. اکنون، بطری دیگر را با آب سرد پر کنید. مقوا را روی بطری آب سرد قرار دهید و آن را به صورت وارونه برگردانید. این بطری را روی بطری دیگر قرار دهید و به آرامی مقوا را بردارید. خواهید دید که آب گرم در بطری حاوی آب سرد بالا خواهد آمد. این جابه‌جایی به خاطر جریان‌های همرفت اتفاق می‌افتد.
تعدادی از کاربردهای روزمره‌ از اصل بالا استفاده می‌کنند. همچنین، این حالت انتقال گرما را می‌توان در بسیاری از پدیده‌های طبیعی نیز مشاهده کرد. در اینجا نمونه‌هایی از همرفت مورد بررسی قرار گرفته اند.

نسیم خشکی

هوا یا ماده‌ی سیالی که دمای بالاتری دارد با ماده‌ی سیالی که دمای پایین‌تری دارد جایگزین می‌شود. تشکیل نسیم در خشکی یا دریا نمونه‌ای از همرفت به شمار می‌رود. ممکن است مشاهده کرده باشید که خشکی نزدیک دریا بعد از ظهر گرم‌تر از هنگام عصر است. این هوای گرم به خاطر اصل همرفت صعود می‌کند و با هوای سرد جابه‌جا می‌شود. به طور مشابه، هنگام شب، هوای نزدیک دریا گرم‌تر از هوای ساحل است. این بدین خاطر است که هوای گرم صعود می‌کند و با هوای سرد جابه‌جا می‌شود.

رادیاتور

رادیاتور نمونه‌ی دیگری از کاربرد جریان‌های همرفت است. در رادیاتور، المنت حرارتی در کف دستگاه جایگذاری می‌شود. بنابراین، هوای گرم این المنت حرارتی با هوای سرد جابه‌جا می‌شود.

یخچال

قسمت فریزر یخچال در قسمت بالا قرار می‌گیرد. علت این کار آن است که هوای گرم داخل یخچال صعود خواهد کرد ولی هوای سردتر ناحیه‌ی فریزر نزول خواهد کرد و قسمت پایین یخچال را گرم نگه خواهد داشت.

تهویه‌ کننده‌ی هوا

واحد خنک کننده در تهویه کننده‌های هوا در قسمت بالا جایگذاری می‌شود. بنابراین، هوای گرم به طرف واحد خنک کننده صعود می‌کند، با هوای سرد جابه‌جا می‌شود و بدین ترتیب اتاق خنک می‌شود.

آب در حال جوش

آبی که در یک کتری در حال جوشیدن هست نیز طبق اصل همرفت عمل می‌کند. با گرم شدن آب، مولکول‌های آن منبسط می‌شوند و شروع به حرکت می‌کنند. بنابراین، گرما به قسمت‌های دیگر کتری منتقل می‌شود و آب سرد شروع به پایین رفتن می‌کند. این در حالی اتفاق می‌افتد که آب گرم بالا می‌آید.

بالن‌

علت اینکه بالن‌ها می‌توانند در هوا باقی بمانند با اصل همرفت در ارتباط است. هوای داخل بالن به طور پیوسته گرما داده می‌شود که باعث گرم‌تر شدن آن می‌شود. این هوای گرم صعود می‌کند و باعث صعود بالن نیز می‌شود.

توفان تندری

آب گرم اقیانوس‌ها بالا می‌رود و تبدیل به قطرات آب اشباع شده می‌شود که ابرها را شکل می‌دهد. هنگامی که این فرآیند ادامه می‌یابد، ابرهای کوچکتر به همدیگر برخورد می‌کنند و ابرهای بزرگتر تشکیل می‌شوند. بسته به مرحله‌ی نهایی، ابرهای کومولونیمبوس یا توفان تندری ایجاد می‌شود.

دستگاه ذرت بو داده

دستگاه ذرت بو داده دارای یک فن ، یک المنت حرارتی و یک دریچه است. هنگامی که دستگاه روشن می‌شود، فن از طریق دریچه هوا را به سمت المنت حرارتی هدایت می‌کند، هوا گرم می‌شود و صعود می‌کند. دانه‌های ذرت در قسمت‌ بالایی المنت حرارتی جایگذاری می‌شوند. هوای گرم صعود می‌کند و دانه‌های ذرت پخته می‌شوند.

اجاق فر

در یک اجاق فر از اصل همرفت برای پختن غذا استفاده می‌شود. هوا با استفاده از المنت‌های حرارتی در معرض گرما قرار داده می‌‌شود. به خاطر این حرارت، مولکول‌های هوا منبسط می‌شوند و حرکت می‌کنند. غذا به خاطر این هوای گرم پخته می‌شود.

نوشیدنی که از آن بخار خارج می‌شود

ساده‌ترین نمونه‌ی همرفت را می‌توان در نوشیدنی گرمی که از آن بخار خارج می‌شود مشاهده کرد. شما حتماً بخار خارج شده از یک فنجان چای یا قهوه‌ را مشاهده کرده‌اید. به خاطر گرمای مایع، هوای گرم صعود می‌کند. این هوای گرم بخار است.

موتور هوا خنک

موتورهای هوا خنک توسط جریان‌ همرفت خنک می‌شوند. موتور به خاطر کارکرد زیاد گرم می‌شود. موتور باید خنک شود تا بتواند به کارکرد خود ادامه بدهد. موتور توسط یک واتر جکت پوشانده می‌شود. به خاطر این گرم شدن، آب گرم از طریق لوله‌هایی که در اطراف موتور قرار دارند جریان می‌یابد. این لوله‌ها دارای فن‌هایی هستند که آب را خنک می‌کنند. این آب گرم به واسطه‌ی اصل همرفت پایین می‌رود و بدین ترتیب موتور را خنک می‌کند.