آيا دود مي فهمد از كجا بيرون برود؟
نويسنده: حسين كرم پور هوشمند
نگاهي دوباره به جريان همرفتي (كنوكسيون)
ولي آيا دود واقعاً مي داند از كجا بيرون برود؟ براي پاسخ به اين سؤال، بايد جريان همرفتي و علت به وجود آمدن آن را بررسي كنيم.
جريان همرفتي
جريان رسانش در جامدها، مايع ها و گازها روي مي دهد. ولي جريان همرفتي فقط در مايع ها و گازها، يعني در سيال ها، صورت مي پذيرد. وقتي قسمتي از يك سيال (شاره) مانند هوا گرم مي شود، جنبش مولكول هاي آن افزايش مي يابد و مولكول ها از هم فاصله مي گيرند. در نتيجه، سيال منبسط شده و چگالي آن كاهش مي يابد (سبك مي شود). هواي سبك شده به بالا صعود مي كند و هواي سرد در اطراف جاي خالي را پر مي كند. هواي گرمي كه به بالا رفته است، به مرور سرد و منقبض شده در اثر سنگين شدن دوباره پايين مي آيد. اين جريان هوا كه همان جريان همرفتي است، تا زماني كه منبع گرمايي وجود دارد، برقرار است. به عنوان مثال، وقتي يك بخاري را در اتاقي سرد روشن مي كنيم. هواي بالا و اطراف بخاري گرم شده به بالا مي رود؛ و هواي سرد از چهار گوشه اتاق به اطراف بخاري حركت مي كند. به اين طريق هواي تمام اتاق گرم مي شود.
نمايش جريان همرفتي در هوا
با يك وسيله ساده و جالب ديگر هم مي توانيد جريان هم رفتي در هوا را تجربه كنيد. نام اين وسيله "مارپيچ چرخان" است. ابتدا روي مقواي نازك يا ورقه آلومينيومي، روي قوطي شير خشك دايره اي مارپيچي رسم كنيد و با قيچي آن را ببريد. مركز دايره را سوراخ كنيد و نخ قرقره را عبور دهيد. نخ را در دست گرفته و مارپيچ را روي بخاري روشن كنيد يا منبع گرماي ديگري آويزان كنيد. مارپيچ شروع به چرخيدن مي كند. علتش اين است كه هواي گرم و سبك شده به بالا صعود مي كند و به مارپيچ كه به صورت سطح شيبدار است برخورد مي كند و باعث دوران آن مي شود. مي توانيد روي مارپيچ را به شكل يك مار نقاشي كنيد و يك دكمه جفتي در مركز آن قرار داده، مداد نوك تيزي روي پايه اي محكم كنيد و گودي دكمه را در نوك مداد قرار دهيد. در اين صورت اسباب بازي جالبي براي كودكان فراهم كرده ايد. (شكل 2)
نمايش جريان همرفتي در آب
داخل اين لوله را از آب پر ميكنند و يك قطره جوهر يا كمي پرمنگنات داخل آب مي ريزند تاجريان به خوبي ديده شود. بعد، گوشه پايين لوله را حرارت مي دهند. آب در لوله به حركت درمي آيد. شما مي توانيد در خانه همين آزمايش را به طريق ديگري انجام دهيد. يك ظرف شيشه اي پيركس يا قابلمه بزرگي را پر از آب كنيد. سپس گوشه ظرف را روي شعله گاز قرار دهيد و قطره اي جوهر يا ماده رنگي ديگري در گوشه ظرف بريزيد. مشاهده خواهيد كرد آب از طرفي كه روي شعله است، بالا مي رود و وقتي به سطح رسيد، دوباره از طرف ديگر به ته ظرف بر مي گردد (شكل 4).
جريان همرفتي در طبيعت باد
در كره زمين بادها موجب تعادل دما در نقاط مختلف مي شوند. اگر باد نمي وزيد، هواي استوا بسيار گرم و هواي مجاور قطب بسيار سردتر از حالا مي شد. هوا ي منطقه استوايي در اثر گرم شدن، منبسط شده به بالا صعود مي كند؛ و هواي سردتر از عرض هاي جغرافيايي بالاتر به سمت استوا مي وزد. اين جريان باد كه از شمال و جنوب به سمت استوا مي وزد، در اثر حركت وضعي زمين كه از غرب به شرق است، مقداري به سمت غرب منحرف مي شود. نيرويي كه باعث اين انحراف مي شود به "نيرويي كوريوليس" معروف است.
اين بادها چون در تمام فصل هاي سال مي وزند، بادهاي دائمي خوانده مي شوند. در گذشته،از اين بادهاي دائمي براي کشتي راني استفاده زيادي مي شد به طوري كه به آنها بادهاي تجاري يا "بادهاي آليزه" مي گويند.
نسيم دريا و خشكي: در ساحل دريا، هنگام روز نسيمي از سمت دريا به طرف خشكي مي وزد و در شب برعكس، اين نسيم از سمت خشكي به طرف درياست. علت اين جريان همرفتي، همان اختلاف دماي هواي روي آب و روي خشكي است. هنگام روز با تابش خورشيد؛ خشكي، زودتر از آب گرم مي شود. زيرا خشك تيره است و همچنين ظرفيت گرمايي آن از آب كمتر است. پس هواي روي خشكي گرم تر شده به بالا صعود مي كند. در نتيجه هواي سردتر بالاي آب، جاي آن را مي گيرد. به اين ترتيب نسيم سردي از دريا به ساحل مي وزد. برعكس آن در شب چون خشكي زودتر از آب گرماي خود را از دست داده و سرد مي شود. هواي روي دريا گرم تر از هواي روي خشكي است. پس هواي روي دريا منبسط شده به بالا صعود مي كند و هواي سردتر از خشكي جاي آب را پر مي كند. (شكل 5)
جريان هاي دريايي: در اقيانوس ها، حجم عظيمي از آب جريان دارد كه به جريان هاي دريايي معروف است. عامل اصلي اين جريان ها، باد است. ولي غير از اين جريان هاي افقي جريان هاي ديگري وجود دارد كه عمودي است. عامل بعضي از اين جريان هاي عمودي، اختلاف دماي آب سطحي و آب مناطق عميق تر است. به عنوان مثال، آب سطحي اقيانوس در نواحي نزديك قطب ها، در تماس با هوا سرد مي شود؛ ولي آب هاي عميق تر دماي بالاتري دارد. در نتيجه، آب سرد كه سنگين تر است، به پايين مي رود و آب گرم تر به سطح مي آيد. اين نوع جريان دريايي، بر صنعت ماهي گيري كشورهاي نزديك قطب تأثير بسيار مثبتي دارد، زيرا آب هاي سطحي با خود جلبك ها را كه غذاي پلانكتون ها را تشكيل مي دهند، به عمق مي برند؛ و ماهي ها هم از پلانكتون ها تغذيه مي كنند.
جريان همرفتي در صنعت
وسيله ديگري كه در آن از جريان همرفتي استفاده مي شود، شوفاژ است.
منبع: ماهنامه دانشمند شماره 577