10-10 Prúdenie tepla

10-10 Prúdenie tepla

V materiáloch, ktoré vedú teplo veľmi špatne, sa šíri teplo veľmi pomaly. Mohli by sme čakať napríklad aj hodiny, kým by začala vrieť voda v čajníku, ktorý sme dali nad plameň, pokiaľ by existovalo len vedenie tepla a šírenie tepla by nebolo možné iným spôsobom. V kvapalinách zrýchli šírenie tepla podstatným spôsobom prúdenie tepla, iným slovom konvekcia, ktorého podstatou je skutočnosť, že objem zohrievaných telies sa zvýši a preto ich hustota sa zmenší.

V našom čajníku voda na dne kanvice sa bezprostredne stýka s horúcim dnom čajníka, zohreje sa a stane sa ľahšou, ako ostatná voda v čajníku, preto začne prúdiť smerom hore, a odovzdá svoje miesto chladnejšej vode prúdiacej z hora dole (obrázok 10.10). Tieto konvekčné prúdy prenášajú „fyzicky“ skutočne teplo smerom hore, voda v čajníku sa premiešava a zanedlho začne vrieť. Podobný jav nastáva aj v atmosfére, keď masy vzduchu zohriate nad povrchom Zeme začnú stúpať, a vymenia si miesto s chladnejšími masami vzduchu prúdiacimi zhora nadol. Keď vzduch dosiahne vyššie a chladnejšie vrstvy vzduchu, vodné pary v nich obsiahnuté sa skondenzujú na nespočetné malé vodné kvapky, takto vznikajú aj búrkové mračná (kumuly) tak charakteristické pre letné dni. Prúdové, konvekčné procesy napĺňajú dôležité miesto aj v živote Slnka a ostatných hviezd. Nukleárnu energiu produkovanú v ich strede vynášajú na ich povrch tepelné prúdy.

Dva spôsoby šírenia tepla sa niekedy pletú a vedenie tepla sa zamieňa s prúdením tepla, alebo poznámky platné pre vedenie tepla uplatňujú pre prúdenie tepla, čo nie je správne. Z tabuľky 10.2 vidíme, že vata (a podobne aj látky z vlny) má rovnaké tepelne vodivostné vlastnosti, ako vzduch. Ale ak tepelne vodivostné vlastnosti vzduchu sú rovnaké, ako teplého oblečenia z vlny, čo je príčinou toho, že nahému človekovi je v zime podstatne chladnejšie, ako človekovi oblečeného do kožušín, alebo zababušeného do prikrývky z vlny? Vysvetlením je, že od pokožky nahého človeka sa teplo odvádza ani nie tak vedením tepla, než prúdením: vzduch stýkajúci sa s pokožkou sa zohreje a začne stúpať, na jeho miesto príde chladnejší vzduch. Látka teplého oblečenia zabraňuje prúdeniu vzduchu, medzi vláknami látky z vlny sa vzduch uväzní. Keby sme pulóver z vlny, alebo z kožušiny zlisovali pomocou hydraulického lisu do hutnej látky, stratili by svoju schopnosť nás chrániť pred chladom.