ما هي تيارات الحمل الحراري

تعريف تيارات الحمل الحراري

يتمثل تيار الحمل الحراري في نقل الطاقة الحرارية من مكان إلى آخر، وذلك بحركة مستمرة حتى يتم توزيع الحرارة بين جزيئات السائل بالتساوي، ويمكن الإشارة إلى أمثلة لتيارات الحمل الحراري، مثل الشعور بالحرارة عند الاقتراب من النار، وحركة الماء السريعة عند الغليان.

يتم تعريف الحمل الحراري في علم الأرصاد الجوية على أنه حركة الهواء التصاعدية في الغلاف الجوي، وهناك العديد من الظروف الجوية التي تحدث نتيجة للحمل الحراري.

تتمثل التيارات الحرارية في حركة الغازات والسوائل فقط، حيث تتحرك جزيئات الغازات أو السوائل من مكان لآخر بسبب حريتها في الحركة، وتتكون هذه التيارات بسبب اختلاف كثافة ودرجة حرارة الغاز والسوائل، ويعد الحمل الحراري والتوصيل والإشعاع أحد الأساليب لنقل الطاقة الحرارية.

يُعرف تيار الحمل الحراري على أنه عملية استمرارية لتسخين الغازات أو السوائل بشكل عام، من خلال عملية الحمل الحراري التي تؤدي إلى تبادل جزيئات الماء الساخن بجزيئات الماء البارد.

كيفية عمل الحمل الحراري

عندما تتمدد السوائل الساخنة، تنشأ تيارات حمل حراري، وتصبح الكثافة السائلة أقل، مما يؤدي إلى ارتفاعها عن مصدر الحرارة، ويحل محلها سائل أكثر برودة، وتتكرر العملية حتى يتم تشكيل تيار دائري لا يتوقف إلا بتوزيع الحرارة بين جزيئات السائل أو الغاز بالتساوي.

فيما يتعلق بمياه البحار والمحيطات، تحدث تيارات حمل حراري. يقوم الحمل الحراري بدفع تيارات المياه المختلفة للخلط في المحيطات. يحدث ذلك من خلال سحب المياه الباردة القطبية من خطوط العرض العليا إلى قاع المحيط، حيث يتم سحبها نحو خط الاستواء مع ارتفاع المياه الدافئة إلى السطح وتحل محلها. وبالتالي، يتم سحب الماء الدافئ إلى الشمال، بينما يتم سحب الماء البارد محله نحو الجنوب. وبفضل هذا الدورة، يتم توزيع المواد الغذائية القابلة للذوبان والحرارة في مناطق مختلفة في العالم.

وبهذه الطريقة، يكون الحمل الحراري موجودا في الهواء، حيث يدفع الهواء في الغلاف الجوي للأرض، ويحدث ذلك عن طريق تسخين الهواء القريب من خط الاستواء بفعل حرارة الشمس، مما يجعله أقل كثافة ويرتفع إلى أعلى. وعندما يرتفع الهواء إلى أعلى، يبرد ويصبح أقل كثافة من الهواء المحيط به، مما يجعله ينتشر ويهبط نحو خط الاستواء مرة أخرى. تعرف هذه الدورة والتيارات المتحركة للهواء البارد والدافئ باسم خلايا هادلي، وهي التي تؤدي إلى ظهور الرياح وتثبيت الغيوم في السماء.

وكما تتواجد تيارات الحمل الحراري في الهواء ، والبحار ، والسوائل ، فإنها كذلك تتواجد في الأرض ، حيث ان الصخور المنصورة ، والمتواجدة في أعماق الأرض تدور عن طريق تيارات الحمل الحراري ، حيث يكون الصخر المنصهر في حالة شبه سائلة ، الى ان يصبح ساخن بدرجة كافية ، وأقل كثافة من حرارة لب الأرض ، يرتفع الصخر المنصهر من قاع وشاح الأرض ، وعندما ترتفع تفقد حرارتها في القشرة الأرضية ، ما يجعلها باردة الى حد ما وأقل كثافة مما كانت عليه ، ثم تهبط إلى لب الأرض مرة أخرى.

أمثلة التيارات الحرارية

هناك الكثير من الأمثلة على التيارات الحرارية في حياتنا اليومية، مثل الأحوال الجوية وحركة الرياح، وجميع هذه الأمثلة التي لا نفكر فيها ولا نعرف كيفية حدوثها، ومن هذه الأمثلة:

• يحدث غليانالماء عندما ينتقل الحرارة من الموقد إلى الماء في إناء الطهي، مما يؤدي إلى تسخين جزيئات الماء في قاع الإناء، وبالتالي يرتفع الماء نحو الأعلى ويحل محله ماء بارد على السطح، وهذا يتسبب في ظهور الفقاعات وتيارات الحمل الحراري.
• يدل بخار الماء الذي يخرج من كوب شاي دافئ أو كوب من المشروبات الساخنة على انتقال الحرارة وتيارات الحمل الحراري إلى الهواء.
• عندما يتعرض قطعة من الجليد للهواء، يحدث نقل للحرارة من الهواء إلى الجليد، مما يؤدي إلى ذوبانه وتحوله من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
• يتم فك تجميد الأطعمة المجمدة تحت الماء الجاري بسرعة أكبر من وضعها في الماء، حيث ينتقل الحرارة بسرعة أكبر عبر تيارات الحمل الحراري في الماء الجاري.
• الحمل الحراري القسري يحدث عند استخدام مروحة أو جهاز شفط، مثلما يحدث في التدفئة المركزية أو تكييف الهواء.
• يتكون سحاب الحمل الحراري عندما يحتوي الهواء على نسبة عالية من الرطوبة، حيث يتم حمله إلى السماء من خلال تيارات الحمل الحراري لتشكيل الغيوم، وعندما تمتلئ هذه الغيوم بالماء، سيتساقط المطر في شكل عواصف رعدية.
• العاصفة الرعدية من الأنواع الشديدة والتي تتضمن الأمطار والرياح العاتية، ويتم حماية المنطقة المتأثرة بخط العاصفة.
• يتم في المنطاد الهوائي تسخين الهواء في نظام الموقد الذي يؤدي إلى دفع الهواء الساخن للأعلى، مما يسبب ارتفاع البالون بفعل تيارات الحمل الحراري.
• تأثير المدخنة يشير إلى حركة الهواء داخل وخارج مداخن المنازل بسبب التغير في الكثافة، حيث يزداد تدفق الهواء نتيجة لارتفاع الهيكل، والاختلاف في درجة حرارة الهواء بين الداخل والخارج.