چرا بعدازظهر تابستان گرمای بیشتری نسبت به ظهر احساس می کنیم؟

در روزهای داغ تابستان، اکثراً این سؤال برایمان پیش می آید که چرا در ساعات بعد از ظهر (حوالی 16 و 17) مقدار گرمایی که حس می کنیم به مراتب از ظهر (ساعات حوالی 12) بیشتر است. در صورتی که همگان می دانیم در ساعات ظهر و نزدیک به آن، خورشید در مستقیم ترین حالت به محدوده ای که ما هستیم می تابد و هر چه از ظهر دور می شویم زاویه زمین نسبت به خورشید تغییر می کند و تابش آن کمتر می شود. اما با این حال باز گرمای تابستان که در ساعات حوالی بعد از ظهر به صورت ما می خورد غیرقابل تحمل تر از گرمای ظهر است.

سوال را می توان به شکل دیگری هم پرسید، اینکه چرا گرم ترین موقع روز زمانی نیست که خورشید در مستقیم ترین حالت خود روز به زمین می تابد؟ این مسئله را می توانیم با یک مسئله دیگر شبیه سازی کنیم. اینکه چرا وقتی بشقابی حاوی گوشت و سیب زمینی (که هر دو  قبلا پخته شده اند) برای گرم کردن در مایکروویو در زمان مشخصی می گذاریم، سیب زمینی نسبت به گوشت بیشتر داغ می شود. علم شیمی و فیزیک جواب این نوع سوالها را در «ظرفیت گرمایی ویژه» مواد خلاصه می کنند.

هر چه ظرفیت گرمایی ویژه یک ماده بیشتر باشد، انرژی بیشتری لازم است تا ماده مورد نظر دمایش یک درجه افزایش پیدا کند. در نتیجه در مثال بشقاب حاوی گوشت و سیب زمینی که انرژی ثابتی به هر دو تابیده شده است، بخاطر ظرفیت گرمایی بیشتر گوشت نسبت به سیب زمینی، وقتی مقدار انرژی ثابتی به هر دو تابیده می شود، گوشت دیرتر گرم می شود. این در حالی ست که سیب زمینی با همان میزان انرژی گرما را جذب کرده و دمایش برای خوردن مطلوب شده است.

در زمینه هوای اطرافمان نیز این نکته را می توان مشاهده کرد. هوای خشک دارای ظرفیت گرمایی ویژه ی کمتری نسبت به هوای مرطوب است. این ظرفیت گرمایی ویژه بیشتر در هوای مرطوب بخاطر وجود مولکول های آب در این هواست. در واقع آب، ظرفیت گرمایی ویژه ای در حدود چهار برابر هوای خشک دارد. یعنی آب در مقابل تغییرات دمایی نسبت به هوای خشک لجبازتر است و به این راحتی ها دمایش بالا نمی رود. باید گرما یا انرژی بیشتری به آن وارد کرد تا گرم شود.

حال برگردیم به موضوع مقدار گرما در ساعات مختلف روز. هر چه که به صبح و طلوع خورشید نزدیکتر باشیم میزان رطوبت هوا بیشتر است و به مرور کمتر می شود. در نتیجه ساعات حوالی ظهر نسبت به ساعات بعد از ظهر، هوا دارای رطوبت بیشتری است. همین رطوبت هوا یا بخار آب موجود در هوا باعث می شود که ظرفیت گرمایی ویژه هوا در ساعات ظهر نسبت به ظرفیت گرمایی هوا در ساعت بعد از ظهر بیشتر باشد. همانطور که در نمودار می بینید هر چه رطوبت هوا بیشتر باشد، ظرفیت گرمایی ویژه نیز بیشتر خواهد بود.

این ظرفیت گرمایی بیشتر سبب می شود که در ساعات حوالی ظهر نسبت به ساعات بعد از ظهر، به مقدار انرژی بیشتری احتیاج باشد تا دمای هوا تغییر کند. در واقع  بعد از ظهرها  با اینکه زاویه تابش خورشید و مقدار انرژی تابیده شده کمتر است اما به دلیل ظرفیت گرمایی ویژه ی کمتر دما به مقدار بیشتری نسبت به ساعات ظهر افزایش یافته و در نتیجه احساس گرمای بیشتر است.

عامل دیگری که احساس گرما را در آن ساعت برای ما بیشتر می کند، زمین است. شب عاملی ست برای آنکه دمای سطح زمین کاهش یابد. سطح زمین هم دارای ظرفیت گرمایی ویژه ای ست. زمانیکه که آفتاب طلوع  می کند زمین در معرض انرژی تابیده شده قرار می گیرد و تا حوالی ظهر بخاطر ظرفیت گرمایی ویژه اش گرما را جذب می کند و دمای سطح زمین به مرور و با شیب کم افزایش می یابد. اما در حوالی بعد از ظهر با افزایش دمای سطح زمین، بخاطر ظرفیت گرمایی ویژه ش، دیگر بیشتر انرژی را به جای جذب بازتاب می دهد. که خود عامل بسیار مهمی برای احساس گرمای بیشتر است.

همان‌طور که خواندید، می توان گفت این احساس گرمای کلافه کننده تقصیر ظرفیت گرمایی ویژه است که باعث شده چنینی مکانیسمی در چرخه دمایی زمین به وجود آید. اما  آن روی سکه را نباید فراموش کنیم که اگر ظرفیت گرمای ویژه ی هوای مرطوب و سطح زمین به این میزان نبود و کمتر بود احتمالاً دما در ساعات ظهر  حداقل به 60 درجه می رسید و خیلی از موجودات از جمله ما انسان ها نمی توانستیم وجود داشته باشیم. در نتیجه بیاید به جای آنکه گرمای بعد از ظهرها را به گردن ظرفیت گرمایی ویژه بیندازیم، از ظرفیت گرمای ویژه مواد تشکر کنیم.