Selles blogipostituses selgitame lihtsate sõnadega, miks ventilaatorituul paneb jäätise kiiremini sulama ja selle taga peituvat soojusülekande põhimõtet.
On kuum suvepäev ja teie õde võtab sügavkülmast välja jäätisetorbi, mille ta ostis teie maja ees asuvast lähikauplusest. See on õnnis tükike, mis paneb palavuse mõneks ajaks unustama. Teleka ees istudes ventilaatori jahedat tuult nautides võtad näksi jäätist ja unustad hetkeks maailma mured. Kuid rõõm ei kesta kaua. Jäätis sulab liiga kiiresti. Kas ma sõin liiga aeglaselt, kuna vaatasin televiisorit? Jäätise kleepuv tekstuur, mis on juba kätele ja põrandale tilkunud, paneb sind unustama kogu oma lühikese, kuid intensiivse eufooria ja tunned end reedetuna.
Miks mu jäätis nii kiiresti sulas? Põhjus, miks jäätis sulab, pole keeruline. Me kõik teame, et jää neelab soojust ja muutub veeks, kuid kuidas liigub soojus ümbritsevast õhust jäätisele ja mis määrab selle kiiruse? Soojus liigub kolmel viisil: juhtivus, konvektsioon ja kiirgus. Neid meetodeid vaadates saame teada, miks jäätis nii kiiresti sulas.
Külmal talvepäeval ei taha keegi pargis õues pingil istuda. See on ilmselt sellepärast, et me kõik oleme kogenud seda külma tunnet. Kui istud külmal pingil ja hoiad käesoojendajat, on su käed soojad, aga tagumik külm. Su käsi ei liikunud, kätesoojendaja ei liikunud. Samamoodi ei liigu teie tagumik ja tool ei liigu. Kuid soojus liigub ja seda nimetatakse juhtivaks. Juhtivus on vibratsiooni levimine aatomi- või molekulaarsel tasemel. Kiiresti vibreeriv ja suure energiaga aatom põrkab kokku aeglasemalt vibreeriva aatomiga otse tema kõrval ja annab energiat edasi, nii me jälgime soojuse liikumist makroskoopilisel tasandil.
Konvektsioon kasutab sama energiaülekande põhimõtet kokkupõrgete kaudu molekulaarsel tasemel, kuid erinevus ilmneb pärast kokkupõrget. Konvektsioon, nagu nimigi ütleb, on vool. Kui juhtivus ei muuda molekulide suhtelisi positsioone pärast nendevahelist kokkupõrget, siis konvektsioon muudab osakeste suhtelisi positsioone pärast kokkupõrget. Lihtsamalt öeldes peab konvektsiooni toimumiseks soojust edastav või vastuvõttev aine olema gaas või vedelik ning makroskoopilisel skaalal peab gaas või vedelik liikuma. Näiteks kui kastate käe seisvasse vette, domineerib juhtivus; kui kastad käe jooksvasse vette, domineerib konvektsioon. Soojuse liikumiskiirus on võrdeline soojust vahetavate ainete temperatuuride erinevusega; kui temperatuuride erinevus on sama, liigutab konvektsioon soojust juhtivusest kiiremini. Seetõttu kasutatakse kuumade esemete raskete põletuste korral esmaabina sageli voolavat vett.
Olete ilmselt näinud tulesamba eriefekte, mida kasutatakse sageli võitluskunstides, professionaalses maadluses ja muudel spordialadel, kui võitleja astub ringi või kui kontserdi atmosfäär on elektriline. Kui see leek lõõmab, tunnete, kuidas teie nägu kuumeneb, kuigi teie istumiskoha ja lava vahel on üsna väike vahemaa. Aga niipea kui leek kaob, jahtub mu nägu. Seda soojuse liikumist ei saa seletada juhtivuse ega konvektsiooniga, sest vahemaa ei ole selline, et aatomid või molekulid saaksid kokku puutuda. Seda nähtust nimetatakse kiirguseks. Kiirgus on soojuse ülekandmine elektromagnetlainete, näiteks valguse kaudu. Kõik objektid kiirgavad erinevat tüüpi elektromagnetlaineid erineva intensiivsusega, olenevalt nende temperatuurist ja pinna seisundist ning samal ajal neelavad neid ümbritsevate objektide poolt kiiratavaid elektromagnetlaineid. Need elektromagnetlained sisaldavad energiat ja soojust kantakse üle neeldunud ja eralduva koguse erinevuse alusel. Ülaltoodud näites kandub soojus näole, kuna tulesambast näole edastatud elektromagnetlainetel on rohkem energiat kui näo poolt kiirgavatel elektromagnetlainetel.
Soojus liigub juhtivuse, konvektsiooni ja kiirguse teel mitmel viisil ning see mõjutab meie elu mitmel viisil. Tulesammas, põletushaava esmaabikomplekt või külmpink on kõik näited soojusülekandest. Lähtudes ülaltoodud soojusülekande meetoditest, on põhjus, miks mu jäätis nii kiiresti sulas, ilmselt ventilaatorituule tekitatud konvektsioonis. Kui ventilaatorituul puudub, domineerib jäätise ja ümbritseva õhu vahelises soojusülekandes juhtivus, tuule puhumisel aga konvektsioon. Seetõttu on soojusülekande kiirus kiirem ja jäätis sulab kiiremini. Kui ma poleks ventilaatori ees söömas käinud, oleks mu happy hour olnud katkematu. Ma koristan kõigepealt ära ja siis saadan õele sõnumi, et ta tooks jäätist tänaõhtuseks churro'ks või kulbideks.
