Yükselen Hava Niçin Soğur?
Yükselen hava niçin soğur? Yolcu uçakları yükseldikçe dış ortamın sıcaklığının düştüğü ekranlardan gözlenebiliyor ve bu sıcaklık -40 derecelere ulaşabiliyor bunun sebebi nedir? Uçaktayken Güneşe yaklaşmamıza rağmen sıcaklık niçin yükselmez? Bu sorulara cevap arayalım. Isı alışverişinin ihmal edilebildiği durumlarda hava basıncı azaldıkça hava sıcaklığı azalır ve bunun terside doğrudur.
Yükselen uçan balonlar gibi yükselen sıcak havada genleşir. Hava kütlesi yükseldikçe daha az açık hava basıncı sıkıştırır. Hava genleşir. Hava genleştikçe de soğur. Şimdi bir nefesle bunu görelim. Ağzımız açıkken hohlayalım, nefesimiz sıcak. Birde üfleyelim. Üflediğimiz zaman nefesimiz, ağzımızdan çıkarken genleşir ve nefes hissedilir ölçüde soğuk olarak gözlenir. Tersi durum olan havanın sıkıştırıldığı zamanki durum bunun tam tersidir. Bir el pompasındaki hava sıkıştırılırsa hem havanın hem de pompanın ısındığı gözlenir.
Genleşerek soğumanın etkileyici bir örneği de düdüklü tencerelerde delikten çıkan jet buhardır. Hem genleşerek soğumanın hem de hava ile hızla karışmanın etkisiyle buharın 30-40 cm üzerinde elimizi rahatlıkla tutabiliriz. (bu deney yapılırken buhar deliğinin çok yakınına buhar görünmüyorsa bile eller yaklaştırılmamalıdır.)
Pinpon topu modelinden faydalanarak havanın genleşerek soğumasını şöyle açıklayabiliriz. Belli bir hızda hareket eden bir pinpon topu arkadan hızlı bir topun çarpmasıyla hızlanır, ters yönde gelen bir topun çarpmasıyla yavaşlar. Genleşen hava kümesinde, ortalama olarak ters yönde çarpışan molekül sayısı aynı yönde çarpışanlardan daha fazladır. Böylece genleşen havada, moleküllerin ortalama hızı azalır ve hava kümesi soğur.
Hava kümeleri, çevresindeki ortamla hızla karışamayan oldukça büyük miktarda havayı içeren bir hava balonu gibi tarif edilebilir. Ölçümler göstermiştir ki, 1km’lik bir yükselmeyle, hava basıncının azalmasından dolayı hava sıcaklığı yaklaşık 10 derece düşmektedir. Kaba bir hesapla; yeryüzündeki 25 derece (Celsius) sıcaklıktaki kuru hava kümesi 6km yukarıya çıkarılırsa -35 de dondurucu soğukluğa sahip olur. Benzer şekilde, -20 derecede zeminden 6km bir yükseklikteki bir hava kümesi zemine inerse sıcaklığı kavurucu 40 dereceye ulaşacaktır. Hava değil de, biz uçakla hareket edersek sıcaklık değişimini yinede rahatlıkla gözleriz. Bunun Güneşe yaklaşmakla bir ilgisi yoktur. Çünkü yolcu uçakları uçma yükseklikleri Güneş ve Dünya arasındaki uzaklıkla kıyaslanamaz bile. Rakam vermek gerekirse; Dünya – Güneş arası uzaklık yaklaşık 150.000.000 km ve uçağın yeryüzünden yüksekliği 6 km olursa, Güneşe bu derece bir yaklaşmanın sonucunda, Güneşe yaklaşınca ısınmamız gerekirdi demek yanlış olacaktır.
Gazları sıkıştırma ve genleştirmenin sonuçları oldukça etkileyici olmaktadır. -35 derece dış sıcaklıkta uçan bir uçak içindeki bir yolcu koltuğunda kahvesini yudumlayıp, gazetesini okurken hissettiği sıcak hava ısıtıcılardan gelmez. Dışarıdan alınan soğuk havanın kompresörler yardımıyla kabinde bulunan deniz seviyesindeki basınca sıkıştırılması sonucu havayı 55 dereceye kadar ısıtır. Böylece klimalarla sıkıştırılmış havadan ısı aktarılarak kabin ısıtılır.