ΣΤ΄ ΤΑΞΗ - ΦΥΣΙΚΗ - ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ
Φ.Ε. 2: Η θερμότητα μεταφέρεται με ρεύματα
Το νερό που βρίσκεται στο κάτω μέρος του σκεύους θερμαίνεται, λόγω της φωτιάς, οπότε και τα μόριά του κινούνται με μεγαλύτερες ταχύτητες και ταυτόχρονα απομακρύνονται περισσότερο το ένα από το άλλο. Αφού απομακρύνονται, όμως, αυτό σημαίνει πως στον ίδιο χώρο υπάρχουν λιγότερα μόρια απ' ό,τι πριν. Έτσι το νερό στον πυθμένα γίνεται πιο ελαφρύ και ανεβαίνει στην επιφάνεια.
Καινούριο νερό παίρνει την θέση του παλιού στον πυθμένα, θερμαίνεται και ανεβαίνει κι αυτό με την σειρά του στην επιφάνεια. Εκεί που ανεβαίνει, κάθε φορά, το νερό, ψύχεται, επομένως γίνεται βαρύτερο, και ξαναπέφτει στον πυθμένα. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται όσο υπάρχει νερό στο δοχείο και φωτιά από κάτω του. |
Η κυκλική αυτή κίνηση του νερού δημιουργεί μεταφορά της θερμότητας με ρεύματα.
Κατά την μεταφορά της θερμότητας με ρεύματα έχουμε μεταφορά ύλης:
Δεν μεταφέρεται απλώς η κίνηση των μορίων του νερού· μεταφέρονται τα ίδια τα μόρια, από τον πυθμένα προς την επιφάνεια και από την επιφάνεια προς τον πυθμένα.
Μεταφορά της θερμότητας με ρεύματα γίνεται με τον ίδιον ακριβώς τρόπο και στα αέρια.
Κατά την μεταφορά της θερμότητας με ρεύματα έχουμε μεταφορά ύλης:
Δεν μεταφέρεται απλώς η κίνηση των μορίων του νερού· μεταφέρονται τα ίδια τα μόρια, από τον πυθμένα προς την επιφάνεια και από την επιφάνεια προς τον πυθμένα.
Μεταφορά της θερμότητας με ρεύματα γίνεται με τον ίδιον ακριβώς τρόπο και στα αέρια.
Μεταφορά θερμότητας με ρεύματα: Ας το εξηγήσουμε με βίντεο...
(youtu.be/RxkIhQIqx-4)
Πώς διαδίδεται η θερμότητα με τα ρεύματα
Δείτε, με την βοήθεια χρωματιστών υγρών, πώς μεταφέρεται η θερμότητα με ρεύματα:
(ΕΚΦΕ Καρδίτσας: youtu.be/IKvAHIV9Gck)
Εφαρμογές της μεταφοράς θερμότητας με ρεύματα
Καλοριφέρ
Στα χαμηλότερα σημεία των σπιτιών υπάρχει ο καυστήρας.
Μέσα σ' αυτόν καίγεται το καύσιμο (πετρέλαιο ή φυσικό αέριο) και παράγεται θερμότητα η οποία θερμαίνει το νερό του λέβητα.
Το ζεστό νερό είναι ελαφρύτερο από το κρύο, έτσι δημιουργεί ρεύματα και ανεβαίνει προς τα πάνω, μέσα από το κλειστό κύκλωμα του σπιτιού.
Καθώς ανεβαίνει, περνά μέσα από τα θερμαντικά σώματα (καλοριφέρ) και τα θερμαίνει.
Αυτά με την σειρά τους θερμαίνουν τον αέρα που βρίσκεται πάνω και γύρω από αυτά.
Ο θερμός αέρας, ως ελαφρύτερος από τον κρύο, μετακινείται (μεταφέρεται με ρεύματα) προς την οροφή.
Τον "κενό" χώρο καταλαμβάνει καινούριος κρύος αέρας, που με την σειρά του θερμαίνεται και ανέρχεται επίσης προς την οροφή.
Μ' αυτήν την διαδικασία, ζεσταίνεται σιγά-σιγά όλος ο αέρας του δωματίου.
Στο μεταξύ, το ζεστό νερό στην πορεία του προς τα πάνω κρυώνει, οπότε γίνεται ξανά βαρύ και επιστρέφει κάτω στον καυστήρα, για να θερμανθεί και να ανέβει εκ νέου στα ανώτερα επίπεδα.
Μέσα σ' αυτόν καίγεται το καύσιμο (πετρέλαιο ή φυσικό αέριο) και παράγεται θερμότητα η οποία θερμαίνει το νερό του λέβητα.
Το ζεστό νερό είναι ελαφρύτερο από το κρύο, έτσι δημιουργεί ρεύματα και ανεβαίνει προς τα πάνω, μέσα από το κλειστό κύκλωμα του σπιτιού.
Καθώς ανεβαίνει, περνά μέσα από τα θερμαντικά σώματα (καλοριφέρ) και τα θερμαίνει.
Αυτά με την σειρά τους θερμαίνουν τον αέρα που βρίσκεται πάνω και γύρω από αυτά.
Ο θερμός αέρας, ως ελαφρύτερος από τον κρύο, μετακινείται (μεταφέρεται με ρεύματα) προς την οροφή.
Τον "κενό" χώρο καταλαμβάνει καινούριος κρύος αέρας, που με την σειρά του θερμαίνεται και ανέρχεται επίσης προς την οροφή.
Μ' αυτήν την διαδικασία, ζεσταίνεται σιγά-σιγά όλος ο αέρας του δωματίου.
Στο μεταξύ, το ζεστό νερό στην πορεία του προς τα πάνω κρυώνει, οπότε γίνεται ξανά βαρύ και επιστρέφει κάτω στον καυστήρα, για να θερμανθεί και να ανέβει εκ νέου στα ανώτερα επίπεδα.
Αερόθερμο
Ο κρύος αέρας του δωματίου εισέρχεται από το κατώτερο άνοιγμα του αερόθερμου. Μπαίνοντας μέσα στη συσκευή, περνά από μία αντίσταση -το θερμαντικό στοιχείο- που τον θερμαίνει. Ο θερμός αέρας βγαίνει προς το δωμάτιο από το ανώτερο άνοιγμα του αερόθερμου, ανεβαίνει προς την οροφή (ως ελαφρύτερος, αφού είναι ζεστός), κρύος αέρας εισέρχεται στο αερόθερμο για να ξαναθερμανθεί.
Όλος αυτός ο κύκλος του αέρα συνεχίζεται, όσο λειτουργεί το αερόθερμο (είναι αναμμένη δηλαδή η θερμική του αντίσταση).
ΣΗΜ. Πολλά καινούρια αερόθερμα διαθέτουν εσωτερικόν ανεμιστήρα για να σπρώχνουν μεγαλύτερη ποσότητα αέρα και να είναι πιο αποδοτικοί.
Θαλάσσια αύρα - απόγεια αύρα
Γιατί έχει πιο πολλή δροσιά στα παραθαλάσσια μέρη, το καλοκαίρι;
Στο περιβάλλον, η μεταφορά θερμότητας με ρεύματα δημιουργεί μετεωρολογικά φαινόμενα.
(ΚΛΙΚ στην εικόνα, για μεγέθυνση)
(Η αρχική εικόνα,πριν τις δικές μας πινελιές, είναι από ΕΔΩ!)
|
1. Κατά την διάρκεια της καλοκαιρινής ημέρας ο αέρας πάνω από την ξηρά απορροφά θερμότητα από τον ήλιο, ζεσταίνεται πιο γρήγορα από τον αέρα πάνω από την θάλασσα και μετακινείται με την βοήθεια των ρευμάτων προς τα πάνω. Τον κενό χώρο τον καταλαμβάνει δροσερός αέρας που έρχεται από την θάλασσα. Αυτή η μετακίνηση δροσερού αέρα από την θάλασσα προς την ξηρά κατά την διάρκεια της ημέρας λέγεται θαλάσσια αύρα. 2. Κατά την διάρκεια της καλοκαιρινής νύχτας, επειδή το έδαφος χάνει πιο γρήγορα την θερμότητά του απ' ό,τι το νερό, συμβαίνει η αντίθετη κίνηση: Ο θερμότερος αέρας της θάλασσας μετακινείται προς τα πάνω και την θέση του καταλαμβάνει ο δροσερότερος αέρας της ξηράς. Αυτή η μετακίνηση δροσερού αέρα από την ξηρά προς την θάλασσα κατά την διάρκεια της νύχτας λέγεται απόγειος αύρα. |
Τα θαλάσσια ρεύματα
Στις τροπικές περιοχές της Γης, λόγω της μεγάλης θερμοκρασίας, το νερό ζεσταίνεται και ως ελαφρύτερο ανεβαίνει προς την επιφάνεια.
Στις κρύες περιοχές της Γης (π.χ. κοντά στους πόλους) το νερό ψυχραίνεται και ως βαρύτερο κατεβαίνει προς τον πυθμένα.
Αυτή η διαρκής κίνηση δημιουργεί τα θαλάσσια ρεύματα, τα οποία είναι σε σημαντικό βαθμό ρυθμιστές του παγκόσμιου κλίματος και για έναν ακόμα λόγο, ότι μαζί με το νερό μεταφέρονται και αέρια ρεύματα.
Για την Ευρώπη και την ανατολική Βόρεια Αμερική, το πιο σημαντικό ρεύμα είναι το Ρεύμα του Κόλπου, το Gulf stream (εικόνα πάνω). Αυτό δημιουργείται στις τροπικές περιοχές, περνάει από τον κόλπο του Μεξικού και συνεχίζει την πορεία του στις ακτές της Ευρώπης. Από εκεί ανεβαίνει στις πολικές περιοχές, ψυχραίνεται και γυρίζει προς τα κάτω, περνώντας από τις ακτές της Αμερικής.
Αυτό έχει ως συνέπεια η Ευρώπη να μην είναι καλυμμένη από τεράστιες εκτάσεις πάγου, αλλά να έχει το γνωστό μας εύκρατο κλίμα.
Βλέποντας την κίνηση του ρεύματος του κόλπου, καταλαβαίνουμε γιατί η Βρετανία και οι ακτές της Νορβηγίας έχουν ηπιότερο κλίμα από τον Καναδά, παρ' όλο που βρίσκονται περίπου στην ίδια απόσταση από τον Βόρειο Πόλο.
Δείτε τα θαλάσσια ρεύματα της Γης, στην παρακάτω εικόνα:
Δείτε τα θαλάσσια ρεύματα της Γης, σε ένα βίντεο της NASA:
(youtu.be/CCmTY0PKGDs)
Κι αν θέλετε και πιο επιστημονική εξήγηση...
...δείτε αυτό!
(youtu.be/UuGrBhK2c7U)
Παίζουμε με τα ρεύματα θερμότητας!
Η βάρκα της θερμότητας
Φτιάξτε την δική σας βάρκα που κινείται με τον θερμό αέρα!
ΥΛΙΚΑ
Ένα αλουμινένιο φορμάκι (για κέικ), ένα κομμάτι αλουμινόχαρτο (αλουμινόφυλλο, αν προτιμάτε...) και ένα κεράκι ρεσώ.
ΟΔΗΓΙΕΣ
Πιέστε το ένα στενό μέρος από το φορμάκι για να γίνει κάπως μυτερό και να μοιάζει με πλώρη βάρκας.
Στερεώστε με συρραπτικό το αλουμινόχαρτο πάνω στην "βάρκα" και καμπυλώστε το λίγο για να μοιάζει κάπως με πανί ιστιοφόρου.
Βάλτε μέσα το ρεσώ και ανάψτε το.
Η βάρκα θα αρχίσει να κινείται προς τα μπρος.
ΕΞΗΓΗΣΗ
Ο αέρας πάνω από το κεράκι ζεσταίνεται, γίνεται επομένως πιο ελαφρύς και γι' αυτό πάει προς τα πάνω. Το "κενό" τρέχει να το καταλάβει καινούριος αέρας από δίπλα. Αυτή η κίνηση του αέρα είναι που σπρώχνει το αλουμινένιο "πανί" και κινεί την βάρκα.
Δείτε το και σε βίντεο, από το Εργαστήριο φυσικών επιστημών Ρεθύμνου:
ΥΛΙΚΑ
Ένα αλουμινένιο φορμάκι (για κέικ), ένα κομμάτι αλουμινόχαρτο (αλουμινόφυλλο, αν προτιμάτε...) και ένα κεράκι ρεσώ.
ΟΔΗΓΙΕΣ
Πιέστε το ένα στενό μέρος από το φορμάκι για να γίνει κάπως μυτερό και να μοιάζει με πλώρη βάρκας.
Στερεώστε με συρραπτικό το αλουμινόχαρτο πάνω στην "βάρκα" και καμπυλώστε το λίγο για να μοιάζει κάπως με πανί ιστιοφόρου.
Βάλτε μέσα το ρεσώ και ανάψτε το.
Η βάρκα θα αρχίσει να κινείται προς τα μπρος.
ΕΞΗΓΗΣΗ
Ο αέρας πάνω από το κεράκι ζεσταίνεται, γίνεται επομένως πιο ελαφρύς και γι' αυτό πάει προς τα πάνω. Το "κενό" τρέχει να το καταλάβει καινούριος αέρας από δίπλα. Αυτή η κίνηση του αέρα είναι που σπρώχνει το αλουμινένιο "πανί" και κινεί την βάρκα.
Δείτε το και σε βίντεο, από το Εργαστήριο φυσικών επιστημών Ρεθύμνου:
(youtu.be/hUPMXEvsZPU)
Το περιστρεφόμενο φιδάκι
Φτιάξτε ένα φιδάκι που στριφογυρίζει με τον θερμό αέρα!
ΥΛΙΚΑ
Χάρτινο φιδάκι, κεράκι ρεσώ.
Xάρτινα φιδάκια μπορείτε:
α) να φτιάξετε μόνοι σας,
β) να τα βρείτε από αναζήτηση εικόνων στο google,
γ) να τα κατεβάσετε από ΕΔΩ! (Στο έγγραφο που θα κατεβάσετε υπάρχει ένα έτοιμο χρωματισμένο σχέδιο και ένα σχέδιο ασπρόμαυρο για να το διακοσμήσετε εσείς.)
ΟΔΗΓΙΕΣ
Κόψτε προσεκτικά το φιδάκι πάνω στις γραμμές (πρώτα το περίγραμμα, έπειτα τις εσωτερικές γραμμές). Κάντε μία πολύ μικρή τρύπα στο σημαδάκι του κέντρου και περάστε μία κλωστή. Από την πίσω πλευρά, για να στερεώσετε την κλωστή που θα βγει, κολλήστε την με ένα μικρό κομματάκι σελοτέιπ.
Ανάψτε το ρεσώ και από πάνω του κρεμάστε από κάπου το φιδάκι (ή κρατήστε με το χέρι σας). Θα το δείτε να αρχίσει να περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του.
ΕΞΗΓΗΣΗ
Ο αέρας πάνω από το κεράκι ζεσταίνεται, γίνεται επομένως πιο ελαφρύς και γι' αυτό πάει προς τα πάνω. Αυτή η ανοδική κίνηση του αέρα σπρώχνει το χαρτί και το αναγκάζει με την σειρά του να κινηθεί.
Δείτε το και σε βίντεο, από το Εργαστήριο φυσικών επιστημών Ρεθύμνου:
ΥΛΙΚΑ
Χάρτινο φιδάκι, κεράκι ρεσώ.
Xάρτινα φιδάκια μπορείτε:
α) να φτιάξετε μόνοι σας,
β) να τα βρείτε από αναζήτηση εικόνων στο google,
γ) να τα κατεβάσετε από ΕΔΩ! (Στο έγγραφο που θα κατεβάσετε υπάρχει ένα έτοιμο χρωματισμένο σχέδιο και ένα σχέδιο ασπρόμαυρο για να το διακοσμήσετε εσείς.)
ΟΔΗΓΙΕΣ
Κόψτε προσεκτικά το φιδάκι πάνω στις γραμμές (πρώτα το περίγραμμα, έπειτα τις εσωτερικές γραμμές). Κάντε μία πολύ μικρή τρύπα στο σημαδάκι του κέντρου και περάστε μία κλωστή. Από την πίσω πλευρά, για να στερεώσετε την κλωστή που θα βγει, κολλήστε την με ένα μικρό κομματάκι σελοτέιπ.
Ανάψτε το ρεσώ και από πάνω του κρεμάστε από κάπου το φιδάκι (ή κρατήστε με το χέρι σας). Θα το δείτε να αρχίσει να περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του.
ΕΞΗΓΗΣΗ
Ο αέρας πάνω από το κεράκι ζεσταίνεται, γίνεται επομένως πιο ελαφρύς και γι' αυτό πάει προς τα πάνω. Αυτή η ανοδική κίνηση του αέρα σπρώχνει το χαρτί και το αναγκάζει με την σειρά του να κινηθεί.
Δείτε το και σε βίντεο, από το Εργαστήριο φυσικών επιστημών Ρεθύμνου:
(youtu.be/4ghmKS1kWQY)
Ο έλικας της θερμότητας
Κινήστε έναν χάρτινο έλικα μόνο με την θερμότητα των χεριών σας, χωρίς να χρειάζεται απαραίτητα να μεταμορφωθείτε σε μάγους!
ΥΛΙΚΑ
Χάρτινος έλικας (μπορείτε να κατεβάσετε από ΕΔΩ!),
Μολύβι ή στυλό,
Ένα μικρό κομμάτι κολλητική πλαστελίνη (μπλου τακ, όπως το ξέρουν οι περισσότεροι)
Τα χέρια σας!
ΟΔΗΓΙΕΣ
Κόψτε έναν από τους έλικες που υπάρχουν στο χαρτί. Τσακίστε τον ακριβώς πάνω στην διακεκομμένη γραμμή, έτσι ώστε όταν τον αφήσετε ελεύθερο, τα δύο του μισά να σχηματίζουν γωνία μεταξύ τους.
Βάλτε τον να ισορροπήσει πάνω στην μύτη του μολυβιού (ή του στυλό).
Ζεστάνετε με οποιονδήποτε τρόπο τα χέρια σας. Αφού ζεσταθούν αρκετά, βάλτε τα γύρω από τον έλικα και δείτε τον να κινείται.
ΕΞΗΓΗΣΗ
Η θερμότητα των χεριών μας ζεσταίνει τον αέρα μπροστά τους. Αυτός, ως θερμός, κινείται ανοδικά, άρα δημιουργεί ένα ρεύμα, το οποίο παρασύρει σε κίνηση και τον χάρτινο έλικα.
(Συμβουλή)
Κλείστε τα παράθυρα στον χώρο, για να μην υπάρχουν ρεύματα αέρα, και φροντίστε να είναι τα χέρια σας όσο το δυνατόν ζεστότερα.
Δείτε το και σε βίντεο, από το Εργαστήριο φυσικών επιστημών Ρεθύμνου:
ΥΛΙΚΑ
Χάρτινος έλικας (μπορείτε να κατεβάσετε από ΕΔΩ!),
Μολύβι ή στυλό,
Ένα μικρό κομμάτι κολλητική πλαστελίνη (μπλου τακ, όπως το ξέρουν οι περισσότεροι)
Τα χέρια σας!
ΟΔΗΓΙΕΣ
Κόψτε έναν από τους έλικες που υπάρχουν στο χαρτί. Τσακίστε τον ακριβώς πάνω στην διακεκομμένη γραμμή, έτσι ώστε όταν τον αφήσετε ελεύθερο, τα δύο του μισά να σχηματίζουν γωνία μεταξύ τους.
Βάλτε τον να ισορροπήσει πάνω στην μύτη του μολυβιού (ή του στυλό).
Ζεστάνετε με οποιονδήποτε τρόπο τα χέρια σας. Αφού ζεσταθούν αρκετά, βάλτε τα γύρω από τον έλικα και δείτε τον να κινείται.
ΕΞΗΓΗΣΗ
Η θερμότητα των χεριών μας ζεσταίνει τον αέρα μπροστά τους. Αυτός, ως θερμός, κινείται ανοδικά, άρα δημιουργεί ένα ρεύμα, το οποίο παρασύρει σε κίνηση και τον χάρτινο έλικα.
(Συμβουλή)
Κλείστε τα παράθυρα στον χώρο, για να μην υπάρχουν ρεύματα αέρα, και φροντίστε να είναι τα χέρια σας όσο το δυνατόν ζεστότερα.
Δείτε το και σε βίντεο, από το Εργαστήριο φυσικών επιστημών Ρεθύμνου: