ดูคุณอุ่นสบายจังครับ แล้วความร้อนจากเครื่องทำความร้อนด้วยน้ำนั้นมาจากไหนล่ะ แน่นอน มาจากเตาต้มน้ำไง อยู่ที่ห้องใต้ดินโน่น แล้วทำไมเตาต้มน้ำต้องไว้ในห้องใต้ดินตลอดเลยนะ ทำไมไม่ลองเอามันไปตั้งไว้ที่ห้องใต้หลังคาดูบ้างล่ะ ถ้าเอาไปตั้งตรงนั้นแล้วจะเกิดอะไรขึ้น คนที่อยู่ชั้นล่างๆ ลงมาก็จะหนาวจนแข็งเลยน่ะสิ นั่นล่ะ สิ่งที่จะเกิดขึ้น ทำไมถึงเป็นอย่างนี้ งั้นเราลองเอาเตาต้มน้ำกลับไปไว้ในที่ๆมันควรอยู่ดีกว่า เราจะได้มาดูกันว่าระบบทำความร้อนแบบใช้น้ำนั้นทำงานอย่างไร

เตาต้มน้ำจะต้มน้ำให้ร้อนในแท็งค์ จากนั้นน้ำร้อนก็จะเดินทางขึ้นไปตามท่อเหล่านี้ เข้าไปยังเครื่องทำความร้อน จากนั้นน้ำก็จะเย็นตัวแล้วไหลลงไปตามท่ออีกข้าง กลับไปยังแท็งค์น้ำที่ซึ่งมันจะถูกต้มให้ร้อนอีกครั้ง วนไปอย่างนี้เรื่อยๆครับ
แต่ทำไมน้ำร้อนมันถึงไหลขึ้นแล้วน้ำเย็นถึงไหลลงล่ะ นั่นก็เป็นเพราะ “หลักการลอยตัว” (Principle of Buoyancy) ไงล่ะครับ ถ้าคุณกดวัตถุที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ อย่างจุกไม้ก๊อก ไว้กลางบีกเกอร์ที่มีน้ำอยู่เต็ม “กำลังลอยตัว” (Buoyant Force)ที่กำลังดันจุกก๊อกขึ้นนั้นจะมีมากกว่าแรงดึงดูดที่กำลังดึงมันลงไป และทันทีที่คุณเอามือออก จุกก๊อกก็จะลอยขึ้นทันที

เมื่อน้ำถูกทำให้ร้อนขึ้น โมเลกุลของน้ำก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นแล้วขยายตัว คือความหนาแน่นจะน้อยลง ดังนั้น น้ำที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าก็จะลอยขึ้น และเมื่อเย็นลงความหนาแน่นก็จะมากขึ้น จนทำให้ไหลกลับลงมาอีก และนั่นล่ะครับ วิธีการทำงานของระบบทำความร้อนแบบใช้น้ำ และเหตุผลว่าทำไมเตาต้มน้ำถึงต้องอยู่ที่ชั้นใต้ดิน

แต่บ้านหลังข้างๆก็ไม่ได้มีระบบทำความร้อนแบบใช้น้ำนี่ บ้านโน้นใช้ระบบทำความร้อนแบบไอร้อน แต่เตาทำความร้อนของเพื่อนบ้านคุณก็ยังอยู่ในห้องใต้ดินอยู่ดี ทำไมล่ะ นั่นก็เป็นเพราะว่า หลักการลอยตัวที่ใช้กับน้ำก็ใช้ได้กับก๊าซเหมือนกัน เมื่ออากาศร้อนขึ้น โมเลกุลของมันก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นและขยายตัว ซึ่งทำให้มันหนาแน่นน้อยลง อากาศที่ร้อนจึงลอยขึ้นสูงเช่นเดียวกับที่น้ำร้อนลอยขึ้นสูง และนี่ก็คือหลักการทำงานของบอลลูนครับ

เมื่ออากาศภายในลูกบอลลูนอุณหภูมิสูงขึ้น มันก็จะขยายตัว ดังนั้นจึงไม่มีที่พอเหลือให้อากาศอยู่ภายในบอลลูนได้ทั้งหมด อากาศที่อุณหภูมิสูงบางส่วนจึงไหลออกมา นี่ทำให้มีโมเลกุลอากาศอยู่ภายในลูกบอลลูนน้อยลงกว่าเดิม พูดได้อีกอย่างก็คือ อากาศข้างในบอลลูนตอนนี้หนาแน่นน้อยกว่าอากาศข้างนอกบอลลูนแล้วครับ บอลลูนก็เลยลอยขึ้นได้ เหมือนจุกไม้ก๊อกในบีกเกอร์น้ำไงครับ

หลักการที่ว่าลมร้อนจะลอยขึ้นสูงนี้ยังมีประโยชน์เมื่อคุณต้องการย่างไส้กรอกด้วย ถ้าคุณถือไส้กรอกไว้ใต้ไฟ ชาตินี้ก็คงไม่สุกแน่ๆ แต่ถ้าคุณเอาไส้กรอกไว้บนลมร้อนที่ลอยขึ้นมาจากเปลวไฟ ก็ได้การล่ะ

นี่คือเหตุผลว่าทำไมระบบทำความร้อนด้วยอากาศของเพื่อนบ้าน ถึงใช้หลักการเดียวกันกับระบบทำความร้อนด้วยน้ำอย่างของคุณได้ ลมร้อนลอยตัวขึ้นสูง แล้วก็ลมเย็นก็ไหลลง

เนื่องจากก๊าซและของเหลวมีพฤติกรรมที่คล้ายกันทั้งในด้านนี้และด้านอื่นๆอีกมาก และเนื่องจากทั้งก๊าซและของเหลว “ไหล” (Flow) ได้เหมือนกัน นักวิทยาศาสตร์จึงจัดให้ทั้งสองอย่างนี้เป็น “ของไหล” (Fluids) และจัดให้การถ่ายเทความร้อนประเภทที่ของไหลร้อนไหลขึ้นขณะที่ของไหลเย็นไหลลงว่าเป็น “การพาความร้อน” (Convection) 

เพราะการพาความร้อนนี่และที่ทำให้บอลลูนลอยได้ ไส้กรอกร้อนขึ้นเมื่อคุณอังมันไว้บนไฟ และเตาต้มน้ำเครื่องเดียวที่ห้องใต้ดินทำให้บ้านทั้งบ้านอุ่นขึ้นมาได้