Μεταφορά της θερμότητας με ρεύματα 🌬️

Στα υγρά και στα αέρια η θερμότητα δεν μεταφέρεται μόνο με αγωγή, αλλά και με ρεύματα. Το θερμό νερό και ο θερμός αέρας μετακινούνται προς τα πάνω και, καθώς μετακινούνται, μεταφέρουν θερμότητα μαζί τους. Μπορείς να το διαπιστώσεις εύκολα αν βάλεις τα χέρια σου πάνω από ένα θερμαντικό σώμα: νιώθεις αμέσως τον ζεστό αέρα να ανεβαίνει.

Η βασική διαφορά από την αγωγή είναι ότι στη μεταφορά με ρεύματα μετακινείται ύλη, ενώ στην αγωγή δεν μετακινείται καθόλου ύλη.

Το γιατί γίνεται αυτό εξηγείται σε επίπεδο μορίων: όταν σε ένα υγρό ή αέριο υπάρχουν περιοχές με διαφορετική θερμοκρασία, τα μόρια μετακινούνται από τις περιοχές με τη μεγαλύτερη θερμοκρασία προς αυτές με τη μικρότερη, μεταφέροντας ενέργεια καθώς μετακινούνται. Εμείς δεν βλέπουμε τα μεμονωμένα μόρια· αυτό που παρατηρούμε μακροσκοπικά είναι τα ρεύματα.

🎈 Το αερόστατο

Η ιστορία του αερόστατου δείχνει καθαρά πώς λειτουργεί η μεταφορά θερμότητας με ρεύματα στην πράξη. Στις 21 Νοεμβρίου 1783 ο φαρμακοποιός Pilatre de Rozier και ο Marquis d'Arlandes έκαναν κάτι που κανείς άνθρωπος δεν είχε κάνει ποτέ πριν: πέταξαν πάνω από τις στέγες του Παρισιού με αερόστατο. Πριν από αυτούς, οι αδελφοί Montgolfier είχαν φτιάξει το πρώτο αερόστατο, αλλά οι επιβάτες του δεν ήταν άνθρωποι, παρά ένα κατσίκι, μία πάπια κι ένας κόκορας.

Η κατασκευή ενός αερόστατου έχει παραμείνει ουσιαστικά ίδια από τότε: ένα μεγάλο υφασμάτινο μπαλόνι, ανοιχτό στο κάτω μέρος του, και ένα καλάθι όπου βρίσκονται οι επιβάτες. Από κάτω, με φωτιά (παλιά καιγόταν άχυρο, σήμερα χρησιμοποιούνται καυστήρες) θερμαίνεται ο αέρας μέσα στο μπαλόνι. Ο ζεστός αέρας ανεβαίνει προς τα πάνω και μαζί του ανεβαίνει και ολόκληρο το αερόστατο. Οι επιβάτες μπορούν να επιλέξουν σε τι ύψος θα πετάξουν, ρυθμίζοντας πόσο θερμαίνουν τον αέρα, αλλά δεν μπορούν να καθορίσουν την πορεία του αερόστατου, αφού αυτή την καθορίζει ο άνεμος.

🏠 Το σύστημα κεντρικής θέρμανσης

Ένα σύστημα κεντρικής θέρμανσης χρησιμοποιεί ακριβώς την ίδια αρχή για να ζεστάνει ένα ολόκληρο κτήριο. Στο λεβητοστάσιο βρίσκεται ο λέβητας, όπου ειδικοί καυστήρες θερμαίνουν το νερό. Η χημική ενέργεια του πετρελαίου ή του φυσικού αερίου μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία περνάει στο νερό. Στη συνέχεια, το ζεστό νερό μεταφέρει τη θερμότητα με ρεύματα από το λεβητοστάσιο μέχρι τα θερμαντικά σώματα, που βρίσκονται σκορπισμένα σε όλο το κτήριο.

Στα θερμαντικά σώματα το νερό αποδίδει την ενέργειά του στον χώρο, οπότε κρυώνει. Το κρύο πια νερό επιστρέφει στον λέβητα, όπου ξαναθερμαίνεται, και ο κύκλος ξεκινά από την αρχή.

Για να κυκλοφορεί το νερό πιο γρήγορα μέσα στο κτήριο, χρησιμοποιείται μια ειδική αντλία που ονομάζεται κυκλοφορητής. Οι σωλήνες μέσα στους οποίους ρέει το νερό καλύπτονται με θερμομονωτικά υλικά, ώστε να μειώνεται η μετάδοση θερμότητας εκεί όπου δεν τη χρειαζόμαστε, για παράδειγμα σε χώρους που δεν θέλουμε να θερμάνουμε. Επειδή το νερό διαστέλλεται καθώς θερμαίνεται, στο δίκτυο τοποθετείται ένα ειδικό δοχείο, το δοχείο διαστολής, ώστε να μη σπάσουν οι σωλήνες.

🌊 Και τα θαλάσσια ρεύματα μεταφέρουν ενέργεια

Το νερό της θάλασσας δεν μένει ποτέ ακίνητο. Τα θαλάσσια ρεύματα μεταφέρουν νερό που δεν έχει πάντα την ίδια θερμοκρασία· γι' αυτό, όταν κολυμπάμε, νιώθουμε άλλοτε πιο ζεστό και άλλοτε πιο κρύο νερό. Έτσι, και τα θαλάσσια ρεύματα μεταφέρουν ενέργεια, ακριβώς όπως τα ρεύματα του αέρα.

Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το θαλάσσιο ρεύμα του κόλπου του Μεξικού. Εκεί επικρατεί συνήθως υψηλή θερμοκρασία, οπότε το νερό της θάλασσας απορροφά ενέργεια από τον Ήλιο και θερμαίνεται. Αυτό το θερμό νερό ρέει προς την Ευρώπη, περνάει από τη Μεγάλη Βρετανία και φτάνει μέχρι τη Νορβηγία.