Возьмите горящую свечу и наклоните её. Почему пламя свечи направлено вверх? Приоткройте дверь из тёплой комнаты в холодную. Поместите свечу вверху щели, посередине, а затем внизу (рис. 103). Как объяснить опыт?

рис. 103

Для объяснения данных явлений необходимо обратиться к основным законам физики и рассмотреть процессы, связанные с тепловыми потоками, конвекцией и плотностью воздуха.

1. Пламя свечи направлено вверх Пламя свечи всегда стремится вверх, независимо от положения самой свечи, из−за процесса конвекции. Конвекция — это способ передачи тепла, при котором теплый воздух, нагреваясь, становится менее плотным и поднимается вверх, а более холодный и плотный воздух опускается вниз.

Свеча выделяет тепло, которое нагревает воздух вокруг неё. Нагретый воздух становится легче (меньше плотность) и поднимается вверх, унося с собой горячие продукты горения. Холодный воздух, который имеет большую плотность, стремится занять место теплого воздуха, опускаясь вниз. Это создает вертикальный поток воздуха, который и заставляет пламя свечи направляться вверх.

Таким образом, направление пламени свечи связано с движением нагретого воздуха, вызванным конвекцией.

1. Тепловые потоки через щель двери Когда дверь из тёплой комнаты в холодную приоткрыта (создаётся щель), возникает перепад температур между двумя пространствами. Этот перепад температур приводит к движению воздуха, связанного с разницей в плотности теплого и холодного воздуха.

Тёплый воздух из комнаты менее плотный и движется вверх, а холодный воздух из−за своей большей плотности опускается вниз. Такое движение воздуха создает конвекционные потоки. В верхней части щели происходит выход тёплого воздуха из комнаты, а в нижней части щели — вход холодного воздуха из другой стороны двери. Посередине щели наблюдается смешение потоков воздуха.

1. Проведение эксперимента со свечой а) Свеча вверху щели Если поместить горящую свечу в верхней части щели двери, то пламя будет отклоняться в сторону выхода из комнаты. Это связано с тем, что в верхней части щели теплый воздух из комнаты движется наружу, увлекая за собой продукты горения и воздействуя на пламя свечи.

б) Свеча посередине щели
Если установить свечу посередине щели, то пламя будет колебаться, так как в этом месте происходит смешение двух воздушных потоков: теплый воздух из комнаты поднимается вверх, а холодный воздух из другой стороны двери опускается вниз. В результате в этой области нет четкого направления движения воздуха.

в) Свеча внизу щели
Если установить свечу в нижней части щели, то пламя будет отклоняться внутрь комнаты. Это связано с тем, что в нижней части щели холодный воздух из другой стороны двери движется внутрь комнаты, увлекая за собой частицы воздуха и воздействуя на пламя свечи.

1. Объяснение явления Объяснение опыта связано с конвекцией и разницей плотности воздуха при разных температурах. Тёплый воздух, менее плотный, стремится выйти через верхнюю часть щели, а холодный, более плотный, проникает через нижнюю часть щели. Свеча реагирует на эти потоки воздуха, отклоняя своё пламя.

Итак, наблюдаемые явления являются следствием движения воздуха, вызванного перепадом температур и разницей плотности воздуха. Это наглядно демонстрирует принцип действия конвекции.