Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из конвекционных ячеек )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Смотрите также: Конвекция
Высококучевые облака, вид с космического корабля "Шаттл". Высококучевые облака образуются в результате конвективной активности.
Ведро медового вина объемом 6 галлонов после 10 дней брожения с плавающей сверху корицей. Конвекция вызывается выбросом CO2 дрожжами.

В области динамики жидкостей , A конвекционная ячейка представляет собой явление , которое имеет место , когда плотность существует различие в теле жидкости или газа . Эти различия в плотности приводят к нарастающим и / или падающим токам, которые являются ключевыми характеристиками конвекционной ячейки. Когда объем жидкости нагревается, он расширяется и становится менее плотным и, следовательно, более плавучим, чем окружающая жидкость. Более холодная и плотная часть жидкости опускается, чтобы осесть ниже более теплой, менее плотной жидкости, и это вызывает подъем более теплой жидкости. Такое движение называется конвекцией , а движущееся тело жидкости - конвекционной ячейкой.. Этот конкретный тип конвекции, при котором горизонтальный слой жидкости нагревается снизу, известен как конвекция Рэлея-Бенара . Для конвекции обычно требуется гравитационное поле, но в экспериментах в условиях микрогравитации тепловая конвекция наблюдалась без гравитационных эффектов. [1]

Жидкости обобщены как материалы, которые проявляют свойство текучести ; однако такое поведение характерно не только для жидкостей. Свойства жидкости также можно наблюдать в газах и даже в твердых частицах (таких как песок, гравий и более крупные объекты во время оползней ).

Конвекционная ячейка наиболее заметна при образовании облаков с выделением и переносом энергии. Когда воздух движется по земле, он поглощает тепло, теряет плотность и поднимается в атмосферу. Когда он попадает в атмосферу с более низким давлением воздуха, он не может содержать столько жидкости, сколько на более низкой высоте, поэтому он выпускает влажный воздух, вызывая дождь. В этом процессе теплый воздух охлаждается; он набирает плотность и падает на землю, и клетка повторяет цикл.

Конвекционные ячейки могут образовываться в любой жидкости, включая атмосферу Земли (где они называются ячейками Хэдли ), кипящую воду, суп (где клетки можно идентифицировать по переносимым ими частицам, таким как зерна риса), океан или поверхность солнца . Размер конвективных ячеек во многом определяется свойствами жидкости. Конвекционные ячейки могут возникать даже при равномерном нагреве жидкости.

Процесс [ править ]

Поднимающееся тело жидкости обычно теряет тепло, когда сталкивается с холодной поверхностью, когда оно обменивается теплом с более холодной жидкостью посредством прямого обмена, или, например, с атмосферой Земли , когда оно излучает тепло. В какой-то момент жидкость становится плотнее, чем жидкость под ней, которая все еще поднимается. Поскольку он не может спуститься через поднимающуюся жидкость, он перемещается в одну сторону. На некотором расстоянии его направленная вниз сила преодолевает восходящую силу под ним, и жидкость начинает опускаться. По мере того, как он опускается, он снова нагревается за счет поверхностного контакта или проводимости, и цикл повторяется.

В тропосфере Земли [ править ]

Грозы [ править ]

Этапы грозовой жизни.
См. Также: Облако и гроза

Теплый воздух имеет меньшую плотность, чем холодный, поэтому теплый воздух поднимается вместе с более холодным воздухом [2], подобно воздушным шарам с горячим воздухом . [3] Облака образуются, когда относительно более теплый воздух, несущий влагу, поднимается в более прохладном воздухе. По мере того, как влажный воздух поднимается, он охлаждается, в результате чего часть водяного пара в поднимающемся пакете воздуха конденсируется . [4] Когда влага конденсируется, она выделяет энергию, известную как скрытая теплота испарения, которая позволяет поднимающемуся пакету воздуха охлаждаться меньше, чем окружающий его воздух, [5] продолжая восхождение облака. Если в атмосфере присутствует достаточно нестабильности , этот процесс будет продолжаться достаточно долго дляобразуются кучево-дождевые облака , поддерживающие молнии и гром. Обычно для образования грозы требуются три условия: влажность, нестабильная воздушная масса и подъемная сила (тепло).

Все грозы, независимо от типа, проходят три стадии: «стадию развития», «стадию зрелости» и «стадию рассеивания». [6] Средняя гроза имеет диаметр 24 км (15 миль). [7] В зависимости от условий в атмосфере, эти три стадии проходят в среднем 30 минут. [8]

Адиабатические процессы [ править ]

Нагрев, вызванный сжатием нисходящего воздуха, является причиной таких зимних явлений, как чавыча (как ее называют на западе Северной Америки) или Фен (в Альпах).

Воспроизвести медиа
Видеосъемка солнечной фотосферы, наблюдаемая на шведском 1-м солнечном телескопе (SST) на острове Ла-Пальма, Испания. В фильме показано солнечное гранулирование, которое является результатом конвективных движений пузырьков горячего газа, поднимающихся из недр Солнца. Когда эти пузырьки достигают поверхности, газ охлаждается и снова стекает вниз по более темным полосам между яркими ячейками. В этих так называемых межзеренных полосах мы также можем видеть небольшие яркие точки и более протяженные яркие удлиненные структуры. Это регионы с сильными магнитными полями.

Внутри Солнца [ править ]

Фотосфера Солнца состоит из конвективных ячеек, называемых гранулами , которые представляют собой восходящие столбы перегретой (5800 ° C) плазмы, средний диаметр которых составляет около 1000 километров. Плазма охлаждается по мере подъема и опускания в узких промежутках между гранулами.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ю. Гапоненко А.А., Захватаев В.Е. Небуссинеская тепловая конвекция в условиях микрогравитации при неоднородном нагреве.
  2. ↑ Альберт Ирвин Фрай (1913). Карманный справочник инженеров-строителей: справочник для инженеров, подрядчиков . Компания Д. Ван Ностранд. п. 462 . Проверено 31 августа 2009 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  3. ^ Yikne Денг (2005). Древние китайские изобретения . Китайская международная пресса. С. 112–13. ISBN 978-7-5085-0837-5. Проверено 18 июня 2009 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  4. ^ FMI (2007). «Туман и слоистые слои - физическая метеорология» . Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik . Проверено 7 февраля 2009 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  5. ^ Крис С. Муни (2007). Штормовой мир: ураганы, политика и битва за глобальное потепление . Houghton Mifflin Harcourt. п. 20 . ISBN 978-0-15-101287-9. Проверено 31 августа 2009 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  6. ^ Майкл Х. Могил (2007). Экстремальная погода . Нью-Йорк: Black Dog & Leventhal Publisher. С. 210–211. ISBN 978-1-57912-743-5.
  7. ↑ Питер Фолджер (10 апреля 2011 г.). Сильные грозы и смерчи в США . ДИАНА Паблишинг. п. 16. ISBN 978-1-4379-8754-6.
  8. ^ Национальная лаборатория сильных штормов (2006-10-15). «Букварь для суровых погодных условий: вопросы и ответы о грозах» . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Архивировано из оригинала на 2009-08-25 . Проверено 1 сентября 2009 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )

Внешние ссылки [ править ]

  • Mountainnature.com - Чинук