بالتأكيد سمعت عنه التيارات الحرارية عندما تحدثنا عن الاختلاف طبقات الأرض. عندما نتحدث عن تيارات الحمل الحراري داخل الأرض، فإننا نتحدث عن الاختلافات في كثافة المواد التي تشكل وشاح الأرض. هناك أيضًا تيارات الحمل الحراري مثل السوائل التي تتحرك بسبب اختلاف درجات الحرارة. في هذه المقالة سنخبرك بكل شيء عن هذا الأمر.
ما هي التيارات الحرارية
عندما نجد سوائل تتحرك وتتحرك بسبب هناك اختلاف في درجة الحرارة أو الكثافة لدينا التيارات الحرارية. لكي يوجد هذا النوع من التيار، لا بد من وجود سائل، سواء كان سائلاً أو غازاً. يرجع ذلك إلى أن الجسيمات داخل المادة الصلبة ثابتة ولا تتحرك، وبالتالي لا يمكن رؤية التدفق بسبب الاختلافات في كل من درجة الحرارة والكثافة. علاوة على ذلك، فإن هذه الظاهرة مهمة في دراسة الحمل الحراري ساكن الأرض.
الفرق بين درجات حرارة منطقة أو أخرى داخل نفس المادة هو ما يتسبب في انتقال الطاقة من منطقة أكبر إلى منطقة أصغر. يحدث الحمل حتى يكون هناك توازن كامل. عندما تحدث هذه العملية بسبب انتقال الحرارة ، تتشكل تيارات من المادة تنتقل من مكان إلى آخر. لذلك ، تعتبر أيضًا عملية نقل جماعي.
تيارات الحمل التي تحدث من بطبيعة الحال يطلق عليهم أيضًا الحمل الحراري. إذا حدث هذا الحمل الحراري ، على سبيل المثال ، داخل جهاز مثل مروحة أو مضخة ، فيطلق عليه الحمل القسري.
لماذا تتشكل التيارات الحرارية؟
يحدث هذا النوع من الظاهرة بسبب اختلاف درجة الحرارة الذي يتسبب في تحرك الجسيمات لتكوين تيار. يمكن أن يحدث هذا التيار أيضًا عندما يكون هناك اختلاف في الكثافة. عادة ما يذهب التدفق في الاتجاه من حيث توجد درجة حرارة أو كثافة أعلى إلى حيث توجد درجة حرارة وكثافة أقل. تحدث تيارات الحمل هذه أيضًا في الهواء. يتدفق الضغط الجوي في اتجاه من حيث تكون الكثافة أعلى إلى حيث تكون الكثافة أقل. في حالة العواصف، ستكون منطقة الضغط المنخفض هي هدف اتجاه الرياح، كما هو موضح في سحب ركامية أثناء الظواهر الجوية القاسية.
هذا ما يجعل منطقة الضغط المنخفض مكانًا تهطل فيه الأمطار وحتى العواصف. عندما ينقل التيار الحرارة من منطقة الطاقة العالية إلى منطقة الطاقة المنخفضة ، يحدث هذا الحمل الحراري. في الغازات وفي رمل البلازما ودرجة الحرارة المركزية ، يؤدي ذلك أيضًا إلى مناطق ذات كثافة أعلى وأقل ، حيث تتحرك الذرات والجزيئات لملء المناطق الفارغة. يمكن القول بإيجاز أن السوائل الساخنة ترتفع بينما السوائل الباردة تغرق باستمرار.
سيحدث هذا بشكل طبيعي ما لم يكن هناك مصدر للطاقة ، مثل ضوء الشمس أو مصدر حرارة ، يغير اتجاه هذه التيارات. تحدث تيارات الحمل حتى تصبح درجات الحرارة والكثافة موحدة. إن كون درجات الحرارة والكثافة كانت موحدة تمامًا في طبقات الأرض أمر أكثر تعقيدًا. هذا يرجع إلى حقيقة أن القشرة القارية في حالة تخليق وتدمير مستمرين ، وبالتالي ، فإن القشرة السادسة تدمج باستمرار مواد ذات درجات حرارة وكثافة مختلفة في وشاح الأرض. ناهيك عن درجات الحرارة داخل القلب الداخلي.
المواد الموجودة في اللب الداخلي لكوكبنا صلبة بسبب الضغط القوي الموجود في المركز. من ناحية أخرى ، يحتوي اللب الخارجي على مواد سائلة لأنه على الرغم من ارتفاع درجات الحرارة ، إلا أنه لا يوجد مثل هذا الضغط القوي.
بسبب هذا الإدخال المستمر للمواد والاختلاف في درجة الحرارة والكثافة مرتفع جدًا ، هناك ما يسمى بتيارات الحمل في الوشاح وهي سبب حركة الصفائح التكتونية وظواهر مثل البراكين.
بعض الأمثلة
ولإعطاء بعض الأمثلة التي تجعل كل هذا أكثر وضوحًا، سنقوم بوصف ما يلي: يقوم العديد من العلماء بتحليل القوى المؤثرة على السائل من أجل تصنيفها وفهم الحمل الحراري. يمكن أن تشمل هذه القوى الجاذبية، والتوتر السطحي، والمجالات الكهرومغناطيسية، والاهتزازات، واختلافات التركيز، وتكوين الروابط بين الجزيئات. يمكن نمذجة هذه التيارات الحملية ووصفها باستخدام طرق مختلفة معادلات النقل القياسي.
مثال على تيار الحمل يمكن أن يكون ذلك الناتج عن غليان الماء في وعاء. بمجرد إضافة عدد قليل من البازلاء أو قطعة من الورق لتتبع التدفق الحالي ، يمكنك أن ترى كيف يسخن مصدر الحرارة في الجزء الداخلي من الحفرة الماء ويمنحه الطاقة ، مما يجعل الجزيئات تتحرك بشكل أسرع. . عندما يتم إدخال المادة في درجة حرارة منخفضة فإنها تؤثر أيضًا على كثافة الماء. عندما يتحرك الماء نحو السطح فإنه يترك بعض الطاقة التي تتسرب في شكل بخار. يعمل التبخر على تبريد السطح بدرجة كافية حتى تغرق بعض الجزيئات في قاع الإناء.
مثال آخر على تيار الهواء الساخن الحراري هو الذي يحدث في المنزل عندما يرتفع الهواء عبر سقف أو علية منزل. وذلك لأن الهواء الساخن أقل كثافة من الهواء البارد، لذا يميل إلى الارتفاع. وكما ذكرنا سابقًا، يمكننا أيضًا رؤيته مع الريح. ضوء الشمس والإشعاع يسخنان الهواء في الغلاف الجوي إنشاء فرق في درجة الحرارة يتسبب في تحرك الهواء. كلما زاد اختلاف درجة الحرارة بين منطقة وأخرى ، زاد نظام الرياح. وذلك لأن المزيد من الهواء سينتقل من منطقة الضغط الأعلى إلى منطقة الضغط المنخفض.
