تيارات الحمل الحراري

الحمل الحراري هو وسيلة لنقل الحرارة تختلف عن نقلها بالتوصيل، والإشعاع،^[١]
وتعرف تيارات الحمل بأنها تدفق المائع الذي يتحرك نتيجة الفرق بين درجات الحرارة، أو الكثافة داخل المادة، والذي يؤدي إلى نقل الطاقة من منطقة ذات طاقة أعلى إلى منطقة ذات طاقة أقل للوصول إلى حالة التوازن في كلا المنطقتين،^[٢]
كما يصف مصطلح “الحمل الحراري” العمليات التي تؤثر على كل من الغلاف الجوي، والماء، والأرض الصلبة، ففي الجو يرتفع الهواء الساخن على تيارات الحمل الحراري، وينتشر بحركات دائرية لإنشاء السحب، والرياح، أما في الماء فتتحرك التيارات بنفس الطريقة، مما يؤدي إلى الحفاظ على استقرار درجات حرارة المحيطات، ويذكر بأنّ تيارات الحمل الحراري تنشأ عادةً من حركة السوائل والغازات، ولكن يمكن أن يُستخدم الحمل الحراري في علوم الأرض لوصف العمليات التي تحدث في الطبقات الصلبة من الأرض، حيث يدفع الحمل الجيولوجي حركة الصفائح التي تكون أحد الجوانب الرئيسية للصفائح التكتونية.^[١]

أنواع الحمل الحراري

الحمل الحراري الطبيعي

يحدث الحمل الحراري الطبيعي نتيجةً لميل معظم الموائع إلى التمدد عند تسخينها، فتقلّ كثافتها، مما يؤدي إلى صعودها إلى الأعلى نتيجةً لزيادة الطفو، ويفسر الانتشار الناتج عن هذا التأثير سبب التسخين الموحد للماء في الغلاية، أو الهواء في غرفة ساخنة، إذ توسّع الجزيئات الساخنة المساحة التي تتحرك فيها من خلال زيادة سرعة بعضها البعض، وتصعد لأعلى، ثم تبرد وتتجتمع معاً مرةً أخرى، وتزيد كثافتها لتنخفض أخيراً للأسفل.^[٣]

الحمل الحراري الجبري

تنتقل الموائع في الحمل الحراري الجبري بطرق مختلفة عن الطرق الناتجة عن تغيّر الكثافة مع درجة الحرارة، ومن الأمثلة عليها حركة الهواء الناتج عن المروحة، أو حركة الماء بفعل المضّخة.^[٣]

أمثلة على تيارات الحمل الحراري

يمكن مشاهدة ظاهرة تيارات الحمل الحراري في العديد من الظواهر، ومنها:^[٢]

تيارات الحمل الحراري في الماء المغلي، حيث يقوم مصدر الحرارة في الجزء السفلي من المقلاة بتسخين الماء، مما يزيد من طاقتها، وسرعة جزيئاتها، ويؤثر هذا التغيّر في درجة الحرارة على كثافة الماء، فيرتفع نحو السطح، وقد تحصل بعض الجزيئات على ما يكفي من الطاقة لتتحوّل على شكل بخار، ويقوم البخار بتبريد السطح بما يكفي لجعل بعض الجزيئات تغوص مرةً أخرى نحو الجزء السفلي من المقلاة.
تعتبر الرياح مثالاً على تيارات الحمل الحراري، حيث يقوم ضوء الشمس، أو الضوء المنعكس بإطلاق الحرارة مُحدثاً الفرق في درجة الحرارة، والتي تدفع الهواء للتحرك، كما تكون المناطق الظليلة أو الرطبة أكثر برودة، أو أكثر قدرة على امتصاص الحرارة، مما يزيد من هذا التأثير.
تتحرك الصهارة في باطن الأرض على شكل تيارات حرارية، إذ يقوم المركز الساخن بتسخين المواد فوقه، مما يؤدي إلى ارتفاعها نحو القشرة، حيث تبرد، وتنتج الحرارة من الضغط الشديد على الصخور، إلى جانب الطاقة الصادرة عن الإنحلال الإشعاعي الطبيعي للعناصر، ولا يمكن أن تستمر الصهارة في الارتفاع، لذلك فهي تتحرك أفقياً متراجعةً إلى الوراء، كما تقوم التيارات الحرارية بتحريك الصفائح الأرضية بسبب تواجد تيارات الحمل الحراري على طول الصفائح التكتونية على السطح.
تتكون التيارات في الشمس بشكل واضح، فالحبيبات التي تكون ظاهرةً في الغلاف الضوئي للشمس هي عبارة عن تيارات الحمل الحراري، ويكون السائل الذي ينتقل في حالة الشمس والنجوم الأخرى هو البلازما بدلاً من السائل أو الغاز.

المراجع

^ ^أ ^ب “Convection”, www.encyclopedia.com, Retrieved 19-2-2018. Edited.
^ ^أ ^ب Anne Helmenstine (8-3-2017), “Convection Currents – Definition and Examples in Science”، www.thoughtco.com, Retrieved 19-2-2018. Edited.
^ ^أ ^ب “Convection”, www.britannica.com, Retrieved 19-2-2018. Edited.