در انتقال حرارت همرفت، بر خلاف هدایت رسانایی، حرکت فیزیکی سیال صورت می‌گیرد. حرکات فیزیکی به عنوان جریان‌های همرفت شناخته می‌شوند. این جریان‌ها علت جریان‌های اقیانوسی، و نسیم روی زمین و دریا است.

آزمایش ساده جریان‌های همرفت

آزمایش زیر را امتحان کنید تا به نگاهی داشته باشید به اثر جریان‌های همرفت و جریان گرما در سیالات را مطالعه کنید.

شما به این چیزها نیاز خواهید داشت:
دو بطری خالی
رنگ غذایی مایع
تکه مقوای کوچک یا کارت بازی قدیمی
آب

روش:
آب را در یک قابلمه گرم کنید و آن را در یکی از بطری‌ها بریزید. چند قطره از رنگ غذایی را به آب گرم اضافه کنید. حالا بطری دیگر را با آب سرد پر کنید. تکه مقوایی را روی بطری آب سرد قرار دهید و به سرعت آن را وارونه کنید. این بطری را روی بطری دیگر قرار دهید و قطعه مقوا را به آرامی بردارید. خواهید دید که آب گرم در بطری‌ای که حاوی آب سرد است بالا می‌رود. این جا به جایی مایع به دلیل جریان‌های همرفت است.

نکته: از یک رنگ غذای خوب استفاده کنید تا جا به جایی به وضوح قابل مشاهده باشد.

در تعدادی از کاربرد‌های زندگی واقعی از اصل فوق استفاده می‌شود. همچنین، این شیوه‌ی انتقال گرما در بسیاری از پدیده‌های طبیعی قابل مشاهده است. در این جا ما به چند نمونه از پدیده‌های همرفت می‌پردازیم.

نسیم بین خشکی و دریا

هوای گرم یا سیالی که در دمای بالاتر قرار دارد، جانشین سیالی که در دمایی پایین‌تر قرار دارد می‌شود. تشکیل نسیم در خشکی یا دریا نمونه‌ای از همرفت است. شاید مشاهده کرده باشید که خشکی در نزدیکی دریا بعد از ظهر گرمتر از شب است. این هوای گرم براساس اصل همرفت بالا می‌رود و هوای خنک‌تر جایگزین آن می‌شود. به طور مشابه، در طول شب، هوا در نزدیکی دریا گرمتر از هوای روی ساحل است. به همین دلیل هوای گرم بالا می‌رود و هوای خنک‌تر جایگزین آن می‌شود.

در واقع در هوای گرم فاصله بین مولکول‌های هوا بیش از این فاصله در هوای سرد است و این باعث می‌شود که جرم حجمی هوای گرم یا به عبارت ساده‌تر وزن هوای گرم کمتر از هوای سرد باشد. به همین دلیل هوای سرد سنگین‌تر از هوای گرم است و قاعدتاً تمابل دارد در زیر هوای گرم قرار گیرد. در روز، خشکیِ مجاور دریا گرمتر از آب دریاست. لذا هوای مجاور این خشکی نیز گرمتر و سبک‌تر می‌شود و بالا می‌رود و در خلأی که در زیر خود ایجاد می‌کند هوای سرد روی آب دریا را به طرف خود می‌کشد. هوای گرم روی آب‌های گرم اقیانوس‌ها در هوا بالا می‌رود و تبدیل می‌شود به قطرات آب اشباع شده که ابرها را تشکیل می‌دهند. اما در شب، به دلیل ظرفیت گرمایی زیاد آب، آب دریا گرمایی را که در روز جذب کرده بیشتر از خشکی در خود نگاه می‌دارد در حالی که خشکی در شب سریع‌‌تر سرد می‌شود. این باعث می‌شود در شب هوای روی آب دریا گرم‌تر از هوای روی ساحل باشد و عکس عمل گفته شده اتفاق افتد و شاهد وزش نسیم از ساحل به طرف دریا باشیم.

رادیاتور

بله، رادیاتور کاربردی از جریان‌های همرفت است. در رادیاتور، عنصر گرمایش در پایین دستگاه قرار می‌گیرد. بنابراین، هوای گرم از این عنصر گرمایش با هوای سرد جایگزین می‌شود.

یخچال

واحد فریزر یخچال در بالا قرار دارد. دلیل این امر این است که هوای گرم داخل یخچال بالا می‌رود اما هوای سردتر در منطقه فریزر پایین می‌رود و قسمت پایین یخچال را خنک نگه می‌دارد.

تهویه کننده هوا

واحد خنک کننده در سیستم تهویه مطبوع در بالا قرار دارد. بنابراین، هوای گرم تا واحد خنک کننده بالا می‌رود و با هوای سرد جایگزین می‌شود، و اتاق خنک می‌شود.

آب جوش

جوشاندن آب در یک کاسه نیز بر اساس اصل همرفت عمل می‌کند. با گرم شدن آب، مولکول‌های آب انبساط می‌یابند و در کتری حرکت می‌کنند. بنابراین، گرما به قسمت‌های دیگر کتری منتقل می‌شود و آب سرد شروع به پایین آمدن می‌کند در حالی که آب گرم بالا می‌رود.

بالون هوای گرم

دلیل اصلی ماندنِ بالون‌های هوای گرم برای مدتی طولانی در هوا، مربوط به اصل همرفت است. به هوای داخل بالون به طور مداوم گرما داده می‌شود و همین امر باعث افزایش دمای آن می شود. این هوای گرم بالا می رود و بالون نیز با خود بالا می‌برد
.

رعد و برق

هوای گرم روی آب‌های گرم اقیانوس‌ها در هوا بالا می‌رود و تبدیل می‌شود به قطرات آب اشباع شده که ابرها را تشکیل می‌دهند. با ادامه این روند، ابرهای کوچک‌تر با یکدیگر برخورد می‌کنند و ابرهای بزرگ‌تر تشکیل می‌شوند. با رسیدن به مرحله رشد نهایی، ابرهای کومولونیمبوس یا طوفان‌های رعد و برق شکل می‌گیرند.

دستگاه هوای داغ بو دادن ذرت

این دستگاه یک فن (پنکه)، یک عنصر گرمایش و یک دریچه دارد. هنگامی که دستگاه روشن است، فن از میان منفذ، هوا را روی عنصر گرمایش می‌دمد. هوا گرم می‌شود و در نتیجه بالا می‌رود. دانه‌های ذرت درست بالای عنصر گرمایش قرار می‌گیرند. هوای گرم بالا می‌رود و دانه‌های ذرت گرم می‌شوند. این گونه است که پاپ کورن خوشمزه خود را می‌گیریم.

اجاق گاز همرفت

در یک اجاق گاز همرفت از اصل همرفت اجباری استفاده می‌شود. هوا در محفظه با استفاده از عناصر گرمایش مجبور به گرم شدن می‌شود. به دلیل این گرمایش، مولکول‌های هوا گسترش یافته و حرکت می‌کنند. غذای داخل به دلیل همین هوای گرم طبخ می شود.

نوشیدنی در حال تبخیر

ساده ترین نمونه همرفت، نوشیدنی داغ در حال تبخیر است. شما ممکن است بخار را مشاهده کنید که از یک فنجان چای داغ یا قهوه بیرون می‌آید. به دلیل گرمای سیال، هوای گرم بالا می رود. این هوای گرم بخار است.

موتوری که با هوا خنک می‌شود

موتورهای خنک شونده با آب توسط جریان‌های همرفت در لوله‌های آبشان خنک می‌شوند. موتور با مدتی طولانی کار کردن، گرم می‌شود. موتور گرم شده‌ی بر اثر حرارتی که ایجاد می‌شود، باید خنک شود تا بتواند به کار کردن ادامه دهد. موتور توسط پوششی محتوی آب در بر گرفته شده است که گرم می‌شود. به دلیل این گرمایش، آب گرم از طریق لوله‌هایی که موتور را محاصره کرده‌اند، جریان می‌یابد. این لوله‌ها دارای فن‌هایی هستند که به خاطر آنها آب گرم خنک می‌شود. این آب گرم وقتی خنک شد، طبق اصل همرفت، پایین می‌رود و بنابراین موتور را خنک می‌کند.

منبع: تورک ارنست