הסעה: מה זה ואיך זה עובד?

חום, ברמה הבסיסית ביותר, הוא האנרגיה הקינטית של אטומים ומולקולות. הסעה משפיעה על כל דבר, החל מחימום הבית שלך וכלה בתהליך העברת החום בתוך השמש.

כאשר מחממים מוצק, נוזל או גז, האטומים או המולקולות המרכיבות אותו רוטטים יותר ויותר; התנודות המוגברות הללו דורשות נפח רב יותר עבור כל אטום / מולקולה.

בגז זה מתבטא לא כ"רטט "אלא כמהירות מוגברת לחלקיקים, ולכן לחץ מוגבר על מיכל הגז. מסיבה זו, רוב החומרים לְהַרְחִיב כשהם מחוממים. זה קורה במידה הגדולה ביותר בגזים, אך במידה פחותה גם בנוזלים ומוצקים.

כשמשהו מתרחב, הוא הופך להיות פחות צפוף; יש פחות חלקיקים, ולכן פחות מסה, ליחידת נפח ממה שהיה קודם. אך בנוזלים וגזים (נוזלים), אזור בעל צפיפות נמוכה יותר יעלה ויצוף מעל אזורי הצפיפות הגבוהה יותר בגלל השפעת כוח המשיכה. שני המושגים הללו, שהחום גורם לירידה בצפיפות ושהנוזלים עולים ויורדים בהתאם לצפיפות, משלבים ויוצרים את תופעת העברת חום של הסעה.

הסעה היא שיטה של ​​העברת אנרגיה תרמית כאשר העברת החום מתרחשת באמצעות תנועת נוזלים. תנועת נוזלים זו נגרמת על ידי ההבדל בצפיפות בין אזורים חמים יותר של נוזלים ואזורים קרירים יותר. תנועות אלה נקראות

הבדל טמפרטורה זה בולט במיוחד כאשר יש מקור חום בצד אחד של הנוזל, כגון תנור ליד רצפת החדר. האוויר החם בתחתית נע ברציפות כלפי מעלה, בעוד שהאוויר הקריר יותר זז כלפי מטה כדי להתחמם ואז גם נע למעלה. תנועת האוויר גורמת לזרמים מעגליים שיימשכו אלא אם כן האוויר יגיע לטמפרטורת שיווי משקל; לכוס מים בטמפרטורת החדר בדרך כלל לא יהיו זרמי הסעה, בעוד שכוס מים עם קרח בתוכה תהיה בעלת זרמי הסעה.

הסעה מתוארת לעיתים קרובות כשילוב של שני תהליכים פיזיקליים: התקדמות ודיפוזיה. ייעוץ הוא הובלת חומר על ידי תנועה בתפזורת, כגון תנועת סחופת נחל על ידי זרימת הנהר. ריכוך הוא הובלת חומר בתנועת חלקיקים מאזור של ריכוז גבוה לאזור של ריכוז נמוך, כמו למשל תנועת חלקיקי צבע המתפשטים דרך כוס מים.

כאשר הסעה נעה חומר חם יותר וקריר יותר נמוך, היא עושה זאת הן על ידי הזזת החומר בכמויות גדולות (הקדמה) והן באופן חלקיקי (דיפוזיה).

ההסעה אינה יכולה, בהגדרה, להתרחש במוצקים בגלל חוסר היכולת ליצור זרימת נוזלים בחומר מוצק (החלקיקים אינם יכולים לנוע זה בזה, אלא יכולים רק לרטוט במקום). העברת חום במוצקים מתרחשת במקום על ידי הולכה, או העברת אנרגיית רטט מאטום או מולקולה אחת בגביש מוצק לשכנותיה. ישנם כמה יוצאים מן הכלל במוצקים רכים שבהם החלקיקים יכולים לעבור זה ליד זה.

שמירה על הסעה יכולה לעזור לכם לחמם או לקרר את הבית בצורה יעילה יותר. מכיוון שאוויר חם נוטה לעלות, ואוויר קר נוטה לשקוע, זה עוזר לקרב תנורי חימום לרצפה ולמזגנים גבוה יותר.

מאווררי תקרה יכול בדרך כלל לפעול בשני הכיוונים: או נושף אוויר מלמעלה, או נושף אוויר מלמטה. בדרך כלל מועיל אוויר לנשף בקיץ, כך שאתה מרגיש את משב הרוח המקרר את עורך; משיכת אוויר למעלה מועילה בחורף מכיוון שהיא עוזרת לדחוף את האוויר החם הגבוה כלפי מטה והחוצה לכיוון הקירות, מבלי לנשוף ישירות עליכם.

כאשר המים מתקררים, הם מתכווצים והופכים צפופים יותר כמו רוב החומרים האחרים. עם זאת, כאשר הוא מתקרר לכ -4 מעלות צלזיוס, הוא למעשה מתחיל להתרחב מעט. מים הם ייחודיים למדי בכך שצורתם המוצקה, הקרח, צפופה פחות מצורתם הנוזלית. אז למרות שבדרך כלל הוא הופך להיות צפוף יותר כשהוא מתקרר, בשלב מסוים מגמה זו מתהפכת, והיא מתחילה להתרחב עד לנקודת הקפיאה שלה ב 0 מעלות צלזיוס. יש לכך השפעה על האופן שבו עובדת הסעה באגם קפוא.

כאשר מים באגם מתקררים, הם שוקעים כשמים חמים עולים אך רק עד שהאגם ​​כולו 4 מעלות צלזיוס. בשלב זה הסעה מתהפכת: המים הקרירים מ -4 מעלות צלזיוס הם פחות צפופים מ המים החמים יותר, כלומר החלק העליון של האגם נהיה קר יותר מהתחתית והקרח צורות. זו הסיבה שאגמים קפואים בראשם.

השמש (כמו גם רוב הכוכבים) עוברת הסעה פנימית עם פלזמה חמה ופלזמה קרירה יותר. בתוך אזור ההסעה של השמש, הנמתח פנימה מפני השטח החיצוניים שלה, אנרגיית החום מועברת מהפנים הסולאריות החמות לאזורים החיצוניים הקרירים יותר באמצעות זרמי הסעה.

זה יוצר "תאי הסעה, "שהם הכתמים הכהים והבהירים שאתה יכול לראות על פני השמש. כתמי האור הם תאי הסעה של פלזמה חמה שזה עתה קמה מהפנים; הכתמים הכהים הם של תאי הסעה של פלזמה שהתקררו ובקרוב ייפלו חזרה דרך אזור ההסעה.

כתמים כהים ובהירים נקראים לפעמים גם גרגרי שמש. קוטרם ממוצע של כ -1,000 ק"מ (בערך אורך מדינת קליפורניה) ונשאר על פני השטח רק כשמונה עד 20 דקות. בכל פעם, פני השמש מכילים כארבעה מיליון גרגירים!

הסעה חשובה ביותר במטאורולוגיה או בחקר מזג האוויר. זרימת האוויר החם והקריר באטמוספירה היא שיוצרת צורות שונות של עננים, כמו גם סופות רעמים, סופות טורנדו וחזיתות מזג האוויר.

כמה תנורים מסוגלים לאפות באמצעות הסעה. תנורי הסעה משתמשים במאווררים ובמערכת פליטה המפיצים את האוויר בתוך התנור בזמן שהוא נאפה, נושפים אוויר חם ישירות על פני האוכל. זה מאפשר למזון לבשל מהר יותר ובאופן שווה יותר מאשר היה מקיים אותו בסמוך לגופי החימום של התנור. זה גם הופך את פנים התנור לייבשים ולחים פחות, מה שיכול להיות טוב יותר להשחמה של אוכל.

השדה המגנטי של כדור הארץ נגרם מזרמי הסעה בליבה החיצונית. במרכז כדור הארץ נמצא גרעין פנימי מוצק, המוקף בליבה חיצונית נוזלית המורכבת ברובה מברזל וניקל. שתי המתכות הללו הן מוליכות טובות של חשמל. זרמי ההסעה בשכבה נוזלית זו יוצרים זרמים חשמליים בתוך המתכת הנוזלית, היוצרים שדות מגנטיים; סכום השדות המגנטיים הללו הוא השדה המגנטי של כדור הארץ, המכוון את כל המצפנים לקוטב הצפוני ומגן על כדור הארץ מפני קרינה קוסמית.