Kuumal suvepäeval toob tuul jahutust. Talvel võib külma õhumassi tulekul muutuda ilm külmaks. Tuul kannab soojust maakera ühest paigast teise ja aitab eri paikades temperatuuri ühtlustada. Kui tuul puuduks, siis oleks ekvaatori piirkonnas palju palavam ja poolustel palju külmem kui praegu. Õhk on väga halb soojusjuht ja maakera üldist kliimat õhu soojusjuhtivus ühtlustada ei suuda.
Nüüd otsime vastust järgmistele küsimustele:
- Kuidas kandub soojus vees soojemast kohast jahedamasse?
- Mis paneb vee ja õhu liikuma?
Katse
Alustame katsest.
1 | Kasutame katses erilise kujuga klaastoru. Algolukord: torus on jahe vesi. |  |
2 | Soojendame toru. Mõne aja pärast katsume toru ülalt. Toru on soe. |  |
3 | Oletame, et toru soojeneb soojusjuhtivuse tõttu. Kontrollimiseks katsume toru alt. Katse näitab: alt on toru jahe. Järeldus: oletus ei osutunud tõeseks. |  |
4 | Otsides vastust küsimusele, miks toru soojeneb ülalt, mitte alt, katsume toru erinevatest kohtadest. Katse näitab: toru on soe ka teises harus. Järeldus katsest: soojus kandub leegi juurest ka toru vasakpoolsesse otsa. |  |
5 | Küsimus: Mis põhjustab soojuse sellise levimise? Selle uurimiseks paneme torusse lusikaga värvainet. Vaadeldu kirjeldus: vesi liigub torus leegi juures üles, siis vasakpoolsesse ossa. Järeldus katsest: vesi ringleb torus. |  |
Katse näitab, et soojus kandub edasi koos liikuva veega.
Kokkuvõte. Leegi juures toru soojeneb, toru omakorda soojendab vett. Vesi liigub ja oma ringlemise teekonnal soojendab toru. Vesi kannab soojust leegi juurest eemale liikumise tõttu. Nii nagu vesi, kannavad kõik voolavad ained soojust ühelt kehalt teisele.
Soojuse kandumist liikuva ainega nimetatakse konvektsiooniks.
Miks vesi ringleb?
Sellele vastuse saamiseks võrdleme vee taset kahes olukorras: kui vesi on jahe ja kui vesi on soe. Jaheda vee tase on torus madalamal kui sooja vee tase. Tulemus on ootuspärane, soojenemisel ju ained paisuvad, samal ajal aine tihedus väheneb.
Olgu vesi toru vasakpoolses harus veel jahe, parempoolses harus aga soe. Et jaheda vee tihedus on sooja vee tihedusest suurem, on iga kuupsentimeeter vett toru vasakpoolses harus raskem kui parempoolses. Sellepärast vajub jahe vesi toru põhja ning lükkab leegi lähedal soojenenud vee üles.
Konvektsiooni kasutatakse majade kütmisel
Joonisel on maja läbilõige. Esile on toodud küttesüsteem. Keldris paikneb katel. Tuli soojendab keskküttekatlas vett. Soe vesi on tähistatud punase värviga, jahe vesi sinise värviga. Soe vesi liigub torusid mööda üles. Radiaatoris annab vesi osa soojust õhule ja jahtub. Jahe vesi laskub toru mööda katla alumisse osasse.
Voolav vesi kannab leegi soojuse radiaatorile.
Temperatuur toas ühtlustub õhu ringlemise tõttu (paremal).
Konvektsioon ja Maa kliima
Konvektsioon Maa sees ja selle tagajärjed
Planeet Maa on kihilise ehitusega. Maad katab suhteliselt õhuke, 5–70 km paksune maakoor. Maakoore all on umbes 2900 km paksune vahevöö. Vahevöös on mineraalid kõrge temperatuuri tõttu osaliselt sulanud. Seetõttu saab vahevöö aine, magma, aeglaselt voolata. Maa keskosa moodustab peamiselt rauast koosnev tuline tuum. Tuuma raadius on umbes 3400 km.
Maapind on võrreldes tuumaga külm. Soojus kandub tuumalt maakooreni peamiselt voolava magmaga. Tuum kuumutab magmat, magma tihedus väheneb ja see kerkib üles. Maakoore all magma jahtub, selle tihedus suureneb ja magma vajub uuesti sügavamale.
Magmavool on lõhestanud maakoore tükkideks, laamadeks. Maakoore all liikuv magma paneb ka laamad liikuma. Laamad liiguvad aeglaselt – kuni mõnikümmend sentimeetrit aastas. Sellest hoolimata põhjustab laamade liikumine maakoore tohutuid muutusi. Omavahel põrkuvate laamade kokkupuutekohtades tekivad mäed, eemalduvatest laamadest jäävad järele maalõhed. Laamade liikumise tagajärjeks on ka maavärinad.
Kuidas tekib briis?
Suvel võib vahel märgata, et mererannikul puhub kerge tuul, kuigi merest kaugemal sisemaal on ilm täiesti tuulevaikne. Sellist mere ääres esinevat tuult nimetatakse briisiks. Briis puhub alati kindlas suunas: päeval merelt maa poole (merebriis) ja öösel maismaalt mere poole (maabriis).
Briis on õhu konvektsioon. Õhk hakkab mere ääres ringlema vee- ja maapinna temperatuuri erinevuse tõttu. Öösel on merevesi soojem kui maapind ning ka õhk mere kohal on seetõttu soojem. Päeval on vastupidi: maismaa ja selle kohal olev õhk on soojemad.
Vee ja maismaa temperatuurierinevus tuleneb sellest, et erinevad ained soojenevad ja jahtuvad erineva kiirusega. Vesi soojeneb ja jahtub aeglasemalt kui liiv või muld. Seetõttu jahtub maismaa öösel kiiremini, kuid ka soojeneb päeval kiiremini kui merevesi. Merevee temperatuur püsib ööpäeva jooksul ühtlasemana.
Pean meeles
- Voolavates ainetes (gaasides ja vedelikes) levib soojus peamiselt liikuva ainega.
- Soojuse kandumist koos liikuva ainega nimetatakse konvektsiooniks.
- Vee ja õhu ringlemise kutsub esile sooja ja külma aine tiheduse erinevus.
- Magma konvektsiooniline liikumine vahevöös paneb laamad aeglaselt liikuma.
Küsimusi ja ülesandeid
- Kuidas köetakse maju?
- Kirjelda soojuse edasikandumist konvektsiooni teel oma kodus.
- Miks laskub külm õhk (külm vesi) allapoole?
- Mis sunnib sooja õhu (sooja vee) üles tõusma?
- Miks esinevad vahevöös konvektsioonilised magmavoolud?
- Kuidas on laamade liikumine seotud konvektsiooniga vahevöös?
- Kirjelda briisi tekkimist öösel ja päeval.
