Miks tõuseb vesi soojenemisel ülespoole
Soojus on oluline nähtus, mis mõjutab otseselt vee dünaamikat. Paljudele võib tunduda, et vesi tuleb soojendada ja see hakkab siis liikuma; siiski on oluline märkida, et tegelikult võib soojus põhjustada ka vastupidist efekti – veepinnaletaandumist ja vee tõusmist ülespoole. Selles artiklis uurime, miks vesi soojenemisel ülespoole tõuseb.
Sissejuhatus
Kõik teavad, et vesi on elusorganismide jaoks hädavajalik. See on ka suur energiakandja, mis on vajalik erinevate tehnoloogiliste protsesside jaoks. Kuid vesi ei käitu alati nii, nagu võiks arvata. Näiteks tõuseb soojenemisel vesi ülespoole. Niisiis, mis selle põhjustab?
Soojusliikumine
Soojusliikumise nähtust kirjeldab convective motion. Vesi, mis on soojem, hakkab liikuma, liikudes allapoole. Samal ajal hakkavad ookeani pinnakihid liikuma külmemate piirkondade poole. Soojenemine näitab seega vee võimet liikuda. Kuumast piirkonnast liigub soe vesi jahedaks muutunud piirkondadele.
Veekihid soojenemisel
Miks vesi soojenemisel tõuseb? Soovime seletada, mis juhtub, kui soojust lisatakse veekogusse. Kõigepealt jaguneme veekogus kolme erinevasse tsooni: epilimnion, thermocline ja hypolimnion. Epilimnion on vee kõige ülemine kiht, kus on kõige rohkem soojusenergiat. Thermocline seevastu on kiht, kus tihedus muutub järskude temperatuurimuutuste tõttu. Hypolimnion on kõige sügavamale kihile, kus on vähe hapnikku ja madalam temperatuur.
Kui vesi soojeneb, siis epilimnion müüdis veepinnale. Sealt saab vesi soojeneda veelgi, sest pinnalt kiirgub rohkem soojust atmosfääri. See soojendab vee pinda veelgi, mis põhjustab veekihile takistamatu tõusu. Seejärel satub see soe ja kerge epilimnionkiht järk-järgult thermocline’i kihti, kus toimub tohutu temperatuuri muutus. Thermocline’i kiht on liiga kitsas, et võimaldada külmemal veekihil seguneda, nii et see jääb pigem allapoole vajuma. Soe epilimnion ja jahedam thermocline jäävad eraldatuks, kuna veelgi soojev vesi tõuseb epilimnionist välja, jättes jaheda vee alles.
Veenäitajate mõju
Soojus on vaid üks tegur, mis mõjutab vee käitumist. Veekihid võivad hajuda ka paagi kuju tõttu. Kui segada paaki jõuliselt, võivad tekkida turbulentsid. Turbulentsid suurendavad veekihte, nii et nad hajuvad ja paistavad õrnemad. Seetõttu on tõenäosus, et epilimnion ja thermocline segunevad, väga suur, kui veekihid segatakse.
Madalama ioonigruppide olemasolu võib samuti mõjutada vee käitumist. Sooja veega reageerides võivad ioonid muuta oma laengu ja muutuda kergemaks. Kui ioonide ümberpaiknemine tõrjub järsult epilimnioni kihi ülaosas olevat vett, siis vesi liigub turvalisusesse külmemal pool. See tähendab, et ioonid ise võivad olla väga olulised, et selgitada, miks vee soojenemine võib mõjutada selle käitumist.
Kokkuvõte
Loodusnähtused on alati olnud mõistatused, mida meie juurde koju viime. Selle nähtuse uurimine, miks vesi soojenemisel ülespoole liigub, on aidanud meil paremini mõista vee dünaamikat ja termofüüsilisi protsesse, mis selles toimuvad. Soojust võib tõlgendada kui vee võimet liikuda. Eelkõige tõuseb lokaalselt sooja vee olemasolu tõttu veeriba epilimnionile, mis kujutab endast vee pealispinda. Kuna vesi seguneb külma vee segades, ei pruugi veekihid olla kunagi täiesti staatilised ja segamata.
Kui soovite veekogusid veelgi paremini mõista ning uurida nende termofüüsilisi protsesse, soovitame süvitsi uuringuid. Hoolimata sellest, kas uurite vee käitumist teaduslikus või tööstuslikus kontekstis, on nende protsesside mõistmine hädavajalik. Loodetavasti on see artikkel suutnud teile paremini selgitada, mis juhtub, kui vesi soojeneb ja kuidas veeprahvad peaksid seda mõistma.